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应变烯烃利用应变释放作为推动力,使其能够参与点击反应。反式环烷烯(通常是环辛烯)和其他应变烯烃,如氧杂降冰片二烯,可以与多种反应物发生点击反应,包括偶氮化物、四嗪和四氮唑。这些化合物可以与应变烯烃特异地相互作用,保持对脂质、脂肪酸、辅酶和其他天然产物中存在的内源烯烃的生物正交性。[1]

烯烃和叠氮化物[3+2]环加成

氧降冰片二烯(或另一种活性烯烃)与叠氮化物反应,生成三唑作为产物。然而,这些产物三唑不像在CuAAC或SPAAC反应中那样具有芳香性,因此不那么稳定。氧降冰片二烯的活性双键生成三唑啉中间体,随后自发地进行逆Diels-Alder反应,释放呋喃,得到1,2,3-或1,4,5-三唑。尽管这种反应很慢,但它是有用的,因为恶冰片烯的合成相对简单。然而,这种反应并不完全是化学选择性的。[2]

烯烃和四嗪逆电子需求Diels-Alder反应

应变环辛烯和其他活化烯烃与四嗪在逆电子需求Diels-Alder中反应,然后进行逆[4+2]环加成(见图)。[3]与反式环辛烯的其他反应一样,环应变释放是该反应的驱动力。因此,三元和四元环烯烃由于其高环应变,成为理想的烯烃底物。[3]


广义四嗪和应变反式环辛烯之间的四嗪-烯烃反应

与其他[4+2]环加成类似,亲二烯上的给电子取代基和二烯上的吸电子取代基加速了逆电子需求Diels-Alder。二烯,四嗪,由于具有额外的氮,对于该反应是良好的二烯。亲二烯烃,即活性烯烃,通常可以连接到目标分子上的给电子烷基上,从而使亲二烯烃更适合反应。[4]

烯烃与四唑的光点击反应

烯烃与四唑的“光点击”反应是Huisgen在20世纪60年代末首次引入的另一种偶极加成反应。具有氨基或苯乙烯基的四唑可以被365nm的紫外线激活(365nm不会损伤细胞),反应迅速(因此紫外线不必长时间开启,通常在1-4分钟左右),从而制备荧光吡唑啉产品。这种反应方案非常适合在活细胞中进行标记,因为365nm的紫外线对细胞的损伤最小。此外,反应进行得很快,因此紫外线可以短时间照射。短波长UV光的量子产率可以高于0.5。这允许四唑与另一个光解反应在波长上选择性地结合使用,其中在短波长下,四唑连接反应几乎完全进行,而在长波长下,另一个反应(通过邻醌二甲烷连接)完全进行。[5]最后,非荧光反应物产生荧光产物,为反应配备内置的光谱手柄。

四唑和烯烃基团都作为非天然氨基酸的蛋白质手柄被引入,但这种益处并不是唯一的。相反,反应的光诱导性使其成为生命系统时空特异性的主要候选者。挑战包括内源性烯烃的存在,尽管通常是顺式的(如脂肪酸),它们仍然可以与活化的四唑反应。[6]

参考文献

1. Lang, K.; Chin, J. (2014). "Bioorthogonal Reactions for Labeling Proteins". ACS Chem. Biol. 9 (1): 16-20. https://doi.org/10.1139/cjc-2013-0577

2. (a) van Berkel, S. S.; Dirks, A. T. J.; Meeuwissen, S. A.; Pingen, D. L. L.; Boerman, O. C.; Laverman, P.; van Delft, F. L.; Cornelissen, J. J. L. M.; Rutjes, F. P. J. T. ChemBioChem 2008, 9, 1805. (b) van Berkel, S. S.; Dirks, A. T. J.; Debets, M. F.; van Delft, F. L.; Cornelissen, J. J. L. M.; Nolte, R. J. M.; Rutjes, F. P. J. T. ChemBioChem 2007, 8, 150

3. Liu, Fang; Paton, Robert S.; Kim, Seonah; Liang, Yong; Houk, K. N. (2013). "Diels–Alder Reactivities of Strained and Unstrained Cycloalkenes with Normal and Inverse-Electron-Demand Dienes: Activation Barriers and Distortion/Interaction Analysis". J. Am. Chem. Soc. 135 (41): 15642–15649. https://doi.org/10.1021/ja408437u

4. Rieder, Ulrike; Luedtke, Nathan W. (25 August 2014). "Alkene-tetrazine ligation for imaging cellular DNA". Angew Chem Int Ed Engl. 53 (35): 9168–9172. https://doi.org/10.1002/anie.201403580

5. Menzel, Jan P.; Feist, Florian; Tuten, Bryan; Weil, Tanja; Blinco, James P.; Barner‐Kowollik, Christopher (2019). "Light-Controlled Orthogonal Covalent Bond Formation at Two Different Wavelengths". Angewandte Chemie International Edition. 58 (22): 7470–7474. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2014.05.024

Ramil, Carlo P; Lin, Qing (August 2014). "Photoclick chemistry: a fluorogenic light-triggered in vivo ligation reaction". Current Opinion in Chemical Biology. 21: 89–95. https://doi.org/10.1038/s41570-018-0030-x