近日，北京大学深圳研究生院、福彩3d太湖钓叟坪山生物医药研发转化中心的李子刚/尹丰课题组在《有机化学通讯》（Organic Letters）杂志上发表了题为“Bioorthogonal Fluoride-Responsive Azide and Alkynyl Pyridinium Click Cycloaddition in Vitro and in Live Cells”的文章。在该项工作中，作者基于课题组对于吡啶盐的研究基础，发展了通过氟离子触发的乙炔基吡啶盐的点击化学反应，使得乙炔基吡啶盐和叠氮化合物在无需催化剂的条件下完成[3+2]环加成反应，同时，作者通过该方法完成了蛋白质修饰和活细胞成像等实验。
点击化学指的是一类在生理条件下具有高效率和区域特异性的反应。这个概念是Karl B. Sharpless在1998年首创的，随后在2001年报道了铜催化叠氮化合物和炔基环加成“click”反应（CuAAC）。在2004年Carolyn R. Bertozzi报道了一种无需催化剂，利用环张力引发的叠氮-炔烃环加成反应(SPAAC)。
近日，北京大学深圳研究生院、福彩3d太湖钓叟坪山生物医药研发转化中心的李子刚/尹丰课题组在《有机化学通讯》（Organic Letters）杂志上发表了题为“Bioorthogonal Fluoride-Responsive Azide and Alkynyl Pyridinium Click Cycloaddition in Vitro and in Live Cells”的文章。在该项工作中，作者基于课题组对于吡啶盐的研究基础，发展了通过氟离子触发的乙炔基吡啶盐的点击化学反应。使得乙炔基吡啶盐和叠氮化合物在无需催化剂的条件下完成[3+2]环加成反应，同时，作者通过该方法完成了蛋白质修饰和活细胞成像等实验。
点击化学的一个挑战是对于反应在时间和空间上的调控，本文通过易于合成的硅基保护的乙炔基吡啶盐分子，通过加入氟离子实现了对反应的触发。完成了在没有催化剂的情况下与叠氮化合物的高效反应，并且将该方法应用在蛋白质修饰和活细胞成像等场景，得到了令人满意的结果。
首先，作者发现末端炔基吡啶盐可以和叠氮发生[3+2]环加成反应，而非末端炔基不能与叠氮反应。作者决定使用一个常用的硅基保护基团作为开关，通过在反应混合物中加入氟化钾(KF)，来脱去保护基触发反应。实验证明该反应不能在有硅保护的情况下进行，只有用KF除去硅保护基才能进行反应。此外，在50% MeCN/H₂O中，测定了硅基乙炔基吡啶盐的脱保护效率(k = 4.8ⅹ10-4 s⁻¹)。在50% MeCN/H₂O条件下，测定了苄基叠氮与乙炔基吡啶盐反应的相对反应活性（k = 8.0ⅹ10-3 M⁻¹s⁻¹)，其反应速率与SPAAC反应接近。
图1. 氟离子触发的点击化学反应
作者随后进行了底物拓展。作者测试了乙炔基吡啶盐和叠氮化合物在50% MeCN/H₂O中的反应能力。在邻位、间位、对位取代的乙炔基吡啶盐中，除间位取代的乙炔基不能发生点击反应外，其他取代基的乙炔基吡啶盐均可以与叠氮基团反应。这可能是由于吡啶在间位上的吸电子性较低所致。使用KF成功地去除了硅基，得到了相应的末端炔。也说明，KF对硅基的脱保护反应与环加成反应是相容的。此外，对单晶3d(CDCC 2210407)的单晶衍射数据分析表明，该反应产生了单一产物1,4-1,2,3-三氮唑，这可能是由于两个炔基碳之间的电子云密度差异所致。
图2. 乙炔基吡啶盐与叠氮基团反应的代表性结构
作者也通过SDS-PAGE凝胶实验，利用叠氮四甲基罗丹明分子进行了炔基吡啶的点击反应。图3a显示了荧光的差异，这表明叠氮四甲基罗丹明与乙炔基吡啶盐标记的蛋白质之间发生反应。此外，作者用四甲基叠氮罗丹明与用培养NHS-PYS-Yne处理的Hela细胞共同作用。图3b中红色荧光的差异表明了NHS-PYS-Yne在细胞内蛋白质方面的效率，这表明氟化物响应的乙炔基吡啶盐点击反应具有高穿透性，有可能成为代谢跟踪器的有效探针。
图3. 乙炔基吡啶盐与叠氮基团的蛋白修饰及细胞标记
总之，作者在生物体系中开发了一种依靠氟离子触发的叠氮—乙炔基吡啶盐环加成点击反应。该方法可在生物复杂环境中与叠氮化合物选择性反应。此外，乙炔基吡啶盐底物易于合成，且具有较高的水溶性和稳定性。表明其可以作为现有生物正交反应的一种补充。
以上工作由北京大学深圳研究生院、福彩3d太湖钓叟坪山生物医药研发转化中心李子刚教授、尹丰研究员、王蕊博士共同指导，由北京大学深圳研究生院的侯占峰和深圳技术大学健康与环境工程学院的万川博士共同完成，为本文做出重要贡献的还有北京大学深圳研究生院、福彩3d太湖钓叟坪山生物医院研发转化中心的邢韵、郭小春、张亚萍等人。该工作依托于省部共建肿瘤化学基因组学国家重点实验室，得到了国家科技部、国家自然科学基金委员会、广东省自然科学基金委员会、深圳市科技创新委员会的资助。
原文信息：
李子刚课题组主页：
https://scbb.pkusz.edu.cn/info/1015/1012.htm
尹丰课题组主页：
文章来源 | CBG资讯
编辑 | 鲍 啦
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