Napsauta kemiaa

Termin klikkauskemia esitteli ensimmäisenä B. Sharpless vuonna 2001 [1] . Tämä käsite kuvaa kemiallisia reaktioita , jotka on mukautettu nopeaan ja luotettavaan kemikaalien tuotantoon yhdistämällä yksittäisiä pieniä alkuaineita. Klikkauskemiassa ei ole kyse yhdestä reaktiosta, vaan sen tarkoituksena oli jäljitellä luontoa, joka myös luo yhdisteitä modulaarisista elementeistä. Konsepti syntyi, kun etsittiin uusia lähestymistapoja suuren määrän lääkekandidaattirakenteiden luomiseen.

Klikkauskemiaan liittyvien reaktioiden tulisi:

• olla modulaarinen
• on laaja ulottuvuus
• virtaus suurella teholla
• antaa turvallisia sivutuotteita
• olla stereospesifisiä
• edetä fysiologisissa olosuhteissa
• olla termodynaamisesti erittäin suotuisa (> 84 kJ/mol) muodostamaan yhden tuotteen
• niillä on korkea atomitalous.

On toivottavaa, että prosessi:

• oli yksinkertaiset reaktioolosuhteet
• käyttänyt saatavilla olevia materiaaleja ja reagensseja
• ei vaatinut liuotinta tai käytti vaarattomia liuottimia (mieluiten vettä)
• tuote saa eristää ei-kromatografisella menetelmällä ( kiteytys tai tislaus )

Vuonna 2022 kemian Nobel-palkinto myönnettiin C. Bertozzille , M. Meldalille ja B. Sharplessille klikkauskemian kehittämisestä ja työstään biortogonaalisen kemian alalla [2] .

Termin olemus

Uusien potentiaalisten lääkkeiden löytäminen edellyttää useiden rakenteiden laskemista ja synteesiä. Useiden luotettavien ja korkeilla saannoilla etenevien reaktioiden käyttö yksinkertaistaisi suuresti ehdokkaiden massiivista rinnakkaissynteesiä, mikä nopeuttaisi uusien lääkkeiden luomisprosessia.

Vaikka klikkausreaktion kriteerit ovat suhteellisen subjektiivisia, jotkin reaktiot on tunnistettu sopivimmiksi tähän luokkaan:

• [3+2]-sykloadditio, erityisesti atsidi- alkyenisykloadditio (kuparikatalysoitu CuAAC: n variantti ja stressin edistämä reaktio, SPAAC ) [3] [4]
• tioli-eenilisäys[5] [6]
• Dielsin ja Alderin reaktio [7]
• [4+1]-sykloadditio isonitriilien ja tetratsiinien välillä
• nukleofiilinen substituutio, erityisesti tiukoissa pienissä sykleissä (epoksidit ja atsiridiinit)
• karbonyyliyhdisteiden reaktiot typpeä sisältävien nukleofiilien kanssa (amiinit, hydratsiinit, hydratsidit, hydroksyyliamiinit)
• additioreaktiot hiili-hiili-kaksoissidoksiin, kuten dihydroksylaatio.

Atsidi-alkyne-sykloadditio

Yksi käytetyimmistä napsautusreaktioista on atsidi-alkyyni-sykloadditio käyttämällä kuparikatalyyttiä ( CuAAC ). M. Meldalin [9] ja B. Sharplessin [10] ryhmät löysivät sen itsenäisesti vuonna 2002. Huolimatta siitä, että reaktion kuvasivat ensimmäisenä M. Meldal et ai. Mitä tulee peptidotriatsolien synteesiin kiinteällä alustalla, nämä kirjoittajat eivät tunnistaneet tämän reaktion potentiaalia. Fokine ja Sharpless kuvasivat sitä katalyyttiseksi prosessiksi, joka tarjoaa ennennäkemättömän selektiivisyyden, luotettavuuden ja sovellettavuuden sovelluksissa, joissa kovalenttisia sidoksia on luotava erilaisten rakennuspalikoiden välille.

Eri metallikatalyyttien vaikutusta atsidi-alkyenisykloadditioon on tutkittu, ja kupari ja rutenium ovat osoittaneet parhaita tuloksia [11] . Kuparikatalyysin tapauksessa reaktio johtaa 1,4-disubstituoituihin 1,2,3-triatsoleihin ja ruteniumkatalyysin tapauksessa 1,5-disubstituoituihin 1,2,3-triatsoleihin.

Stressin edistämää atsidi-alkyenisykloadditiota ( SPAAC ) kehitetään aktiivisesti. Tämä modifikaatio tapahtuu syklo-oktyyniin perustuvien reagenssien osallistuessa. Prosessin liikkeellepaneva voima tässä tapauksessa on energian lisäys, joka johtuu jännityksen poistamisesta syklo-oktyynisyklistä.

Sovellus

Klikkauskemiaa käytetään laajasti eri aloilla. Jotkut heistä:

• 1,4-disubstituoitujen triatsolien preparatiivinen synteesi
• triatsolisidokseen perustuvien peptidomimeettien synteesi [9]
• luonnollisten yhdisteiden ja lääkkeiden muuntaminen
• huumeiden löytö [12]
• makrosyklisaatio [13]
• DNA:n ja oligonukleotidien modifikaatio [14]
• supramolekulaarinen kemia [15]
• dendrimeerisuunnittelu [16]
• hiilihydraattiklustereiden synteesi
• polymeerien kemia [17] [6]
• materiaalikemia [18]
• nanoteknologia [19]
• biokonjugaatio [20]
• orgaaninen itsestään lisääntyvä korkean lämpötilan synteesi

Muistiinpanot

1. ↑ Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB Click Chemistry: Monipuolinen kemiallinen funktio muutamasta hyvästä reaktiosta   // Angew . Chem. Int. Ed. - 2001. - Voi. 40 , ei. 11 . — s. 2004–2021 . - doi : 10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5 . — PMID 11433435 .
2. ↑ Vuoden  2022 kemian Nobel-palkinto  ? . NobelPrize.org . Haettu: 7.10.2022.  (määrätön)
3. ↑ Spiteri C., Moses JE Kuparikatalysoitu atsidi-alkyyni syklodition: 1,4,5-trisubstituoitujen 1,2,3-triatsolien regioselektiivinen synteesi   // Angew . Chem. Int. Ed. - 2010. - Vol. 49 , ei. 1 . — s. 31–33 . doi : 10.1002/ anie.200905322 . — PMID 19921729 .
4. ↑ Jewett JC, Sletten EM, Bertozzi CR Rapid Cu-Free Click Chemistry, jossa on helposti syntetisoituja biarylatsasyklooktynoneja  //  J. Am. Chem. soc. - 2010. - Vol. 132 , nro. 11 . — s. 3688–3690 . - doi : 10.1021/ja100014q . — PMID 20187640 .
5. ↑ Hoyle CE, Bowman CN Thiol–Ene Click Chemistry   // Angew . Chem. Int. Ed. - 2010. - Vol. 49 , ei. 9 . — s. 1540–1573 . - doi : 10.1002/anie.200903924 .
6. ↑ 1 2 Kazybaeva D.S., Irkhukhametova G.S., Khutoryansky V.V. Tioli-eeni "napsautusreaktiot" lupaavana tapana saada polymeerimateriaaleja . Macromolecular Compounds, Series B, 64(1), 3-19 (2022). (määrätön)
7. ↑ Blackman ML, Royzen M., Fox JM Tetrazine Ligation: Fast Bioconjugation Based on Inverse-Electron-Demand Diels−Alder Reactivity  //  J. Am. Chem. soc. - 2008. - Voi. 130 , ei. 41 . — P. 13518–13519 . - doi : 10.1021/ja8053805 .
8. ↑ 1 2 Tornøe CW, Christensen C., Meldal M. Peptidotriatsolit kiinteässä faasissa: [1,2,3]-triatsolit aluespesifisellä kuparilla ( I) - Terminaalisten alkyynien katalysoidut 1,3-dipolaariset sykloditiot atsideihin   // J. Org. Chem. - 2002. - Voi. 67 , no. 9 . — s. 3057–3064 . - doi : 10.1021/jo011148j . — PMID 11975567 .
9. ↑ Rostovtsev VV, Vihreä LG, Fokin VV, Sharpless KB A Vaiheittainen Huisgenin syklisointiprosessi: Kupari(I)-katalysoitu Azidien ja terminaalialkynien regioselektiivinen "ligaatio"  (englanniksi)  // Angew. Chem. Int. Ed. - 2002. - Voi. 41 , no. 14 . — s. 2596–2599 . - doi : 10.1002/1521-3773(20020715)41:14<2596::AID-ANIE2596>3.0.CO;2-4 . — PMID 12203546 .
10. ↑ Zhang L., Chen X., Xue P., Sun HHY, Williams ID, Sharpless KB, Fokin VV, Jia G. Alkyynien ja orgaanisten atsidien ruteenikatalysoitu sykloaddition  //  J. Am. Chem. soc. - 2005. - Voi. 127 , nro. 46 . — P. 15998–15999 . - doi : 10.1021/ja054114s . — PMID 16287266 .
11. ↑ Li J., Zheng M., Tang W., He PL, Zhu W., Li T., Zuo JP, Liu H., Jiang H. Triatsolilla modifioitujen zanamivirianalogien synteesit napsautuskemian ja anti-AIV-toiminnan kautta  ( englanti)  // Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2006. - Voi. 16 , ei. 19 . - P. 5009-5013 . - doi : 10.1016/j.bmcl.2006.07.047 . — PMID 16876409 .
12. ↑ Turner RA, Oliver AG, Lokey RS Click Chemistry makrosyklisointityökaluna pienten syklisten peptidien solid-  faasisynteesissä  // Org . Lett. - 2007. - Voi. 9 , ei. 24 . - P. 5011-5014 . - doi : 10.1021/ol702228u . — PMID 17956112 .
13. ↑ El-Sagheer AH, Brown T. Napsauta kemiaa DNA:n kanssa   // Chem . soc. Rev. - 2010. - Vol. 39 . — s. 1388-1405 . - doi : 10.1039/B901971P .
14. ↑ Hänni KD, Leigh DA CuAAC 'klikkaus'kemian soveltaminen kateenaanin ja rotaksaanin synteesiin   // Chem . soc. Rev. - 2010. - Vol. 39 . - s. 1240-1251 . - doi : 10.1039/B901974J . — PMID 20309484 .
15. ↑ Wu P., Malkoch M., Hunt JN, Vestberg R., Kaltgrad E., Finn MG, Fokin VV, Sharpless KB, Hawker CJ Multivalent, bifunctional dendrimers preparated by click Chemistry   // Chem . commun. - 2005. - Voi. 14 , ei. 46 . — s. 5775–5777 . - doi : 10.1039/b512021g . — PMID 16307142 .
16. ↑ Binder WH, Sachsenhofer R. 'Click' Chemistry in Polymer and Materials Science   // Macromol . Nopea yhteisö. - 2007. - Voi. 28 , ei. 1 . — s. 15–54 . - doi : 10.1002/marc.200600625 .
17. ↑ Iha RK, Wooley KL, Nyström AM, Burke DJ, Kade MJ, Hawker CJ Orthogonal "Click" Chemistries sovellukset funktionaalisten pehmeiden materiaalien synteesissä // Chem. Rev. - 2009. - T. 109 , nro 11 . - S. 5620-5686 . - doi : 10.1021/cr900138t . — PMID 19905010 .
18. ↑ Campidelli S. Napsauta Chemistry for Carbon Nanotubes Functionalization // Curr. Org. Chem. - 2011. - T. 15 , nro 8 . - S. 1151-1159 . - doi : 10.2174/138527211795203004 .
19. ↑ Li X. Liity peptidit/proteiinit yhteen napsauttamalla // Chemistry - An Asian Journal. - 2011. - V. 6 , nro 10 . — S. 2606–2616 . - doi : 10.1002/asia.201100329 .