Klikněte na chemii

Termín klikací chemie poprvé zavedl B. Sharpless v roce 2001 [1] . Tento koncept popisuje chemické reakce , přizpůsobené pro rychlou a spolehlivou výrobu chemikálií kombinací jednotlivých malých prvků. Click chemie není o jediné reakci, ale měla napodobovat přírodu, která také vytváří sloučeniny z modulárních prvků. Koncept vznikl v souvislosti s hledáním nových přístupů ke generování velkého množství struktur kandidátů na léky.

Reakce související s chemií kliknutí by měly:

• být modulární
• mají široký záběr
• průtok s vysokým výkonem
• poskytovat bezpečné vedlejší produkty
• být stereospecifický
• postupovat za fyziologických podmínek
• být velmi příznivé termodynamicky (> 84 kJ/mol) pro vytvoření jediného produktu
• mají vysokou spotřebu atomů.

Je žádoucí, aby proces:

• měl jednoduché reakční podmínky
• použité dostupné materiály a činidla
• nevyžadoval rozpouštědlo nebo používal neškodná rozpouštědla (nejlépe vodu)
• nechá se izolovat produkt nechromatografickou metodou ( krystalizace nebo destilace )

V roce 2022 byla Nobelova cena za chemii udělena C. Bertozzimu , M. Meldalovi a B. Sharplessovi za vývoj klikací chemie a práci v oblasti biortogonální chemie [2] .

Podstata pojmu

Objev nových potenciálních léčiv vyžaduje výčet a syntézu velkého množství struktur. Použití několika spolehlivých reakcí probíhajících s vysokými výtěžky by značně zjednodušilo masivní paralelní syntézu kandidátů, čímž by urychlilo proces vytváření nových léků.

Ačkoli kritéria pro reakci na kliknutí jsou poměrně subjektivní, některé reakce byly identifikovány jako nejvhodnější pro tuto kategorii:

• [3+2]-cykloadice, zejména azid-alkin cykloadice (mědí katalyzovaná varianta CuAAC a stresem podporovaná reakce, SPAAC ) [3] [4]
• přidání thiol-enu[5] [6]
• Diels-Alderova reakce [7]
• [4+1]-cykloadice mezi isonitrily a tetraziny
• nukleofilní substituce, zejména v úzkých malých cyklech (epoxidy a aziridiny)
• reakce karbonylových sloučenin s nukleofily obsahujícími dusík (aminy, hydraziny, hydrazidy, hydroxylaminy)
• adiční reakce na dvojné vazby uhlík-uhlík, jako je dihydroxylace.

Azid-alkynová cykloadice

Jednou z nejpoužívanějších click reakcí je azid-alkynová cykloadice za použití měděného katalyzátoru ( CuAAC ). Byl objeven nezávisle skupinami M. Meldal [9] a B. Sharpless [10] v roce 2002. Navzdory skutečnosti, že reakci poprvé popsali M. Meldal et al. ve vztahu k syntéze peptidotriazolů na pevném nosiči tito autoři nerozpoznali potenciál této reakce. Fokine a Sharpless to popsali jako katalytický proces, který poskytuje bezprecedentní úroveň selektivity, spolehlivosti a použitelnosti v aplikacích, kde je třeba vytvořit kovalentní vazby mezi různými stavebními bloky.

Byl studován vliv různých kovových katalyzátorů na průběh azid-alkinové cykloadice, přičemž nejlepší výsledky vykazovaly měď a ruthenium [11] . V případě katalýzy mědí vede reakce k 1,4-disubstituovaným 1,2,3-triazolům a v případě katalýzy rutheniem k 1,5-disubstituovaným 1,2,3-triazolům.

Výzkum stresem podporované azid-alkynové cykloadice ( SPAAC ) je v aktivním vývoji. K této modifikaci dochází za účasti činidel na bázi cyklooktynu. Hnací silou procesu je v tomto případě zisk energie v důsledku odstranění stresu z cyklooktynového cyklu.

Aplikace

Click chemie je široce používána v různých oblastech. Někteří z nich:

• preparativní syntéza 1,4-disubstituovaných triazolů
• syntéza peptidomimetik na bázi triazolové vazby [9]
• modifikace přírodních sloučenin a léčiv
• objev drog [12]
• makrocyklizace [13]
• modifikace DNA a oligonukleotidů [14]
• supramolekulární chemie [15]
• design dendrimeru [16]
• syntéza sacharidových klastrů
• chemie polymerů [17] [6]
• chemie materiálů [18]
• nanotechnologie [19]
• biokonjugace [20]
• organická samo se množící vysokoteplotní syntéza

Poznámky

1. ↑ Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB Click Chemistry: Různé chemické funkce z několika dobrých reakcí   // Angew . Chem. Int. Ed. - 2001. - Sv. 40 , č. 11 . — S. 2004–2021 . - doi : 10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5 . — PMID 11433435 .
2. ↑ Nobelova cena za chemii   2022 ? . NobelPrize.org . Staženo: 7. října 2022.  (neurčitý)
3. ↑ Spiteri C., Moses JE Copper-Catalyzed Azid-Alkyne Cycloaddition: Regioselective Synthesis of 1,4,5-trisubstituovaných 1,2,3-Triazoles   // Angew . Chem. Int. Ed. - 2010. - Sv. 49 , č. 1 . — S. 31–33 . doi : 10.1002/ anie.200905322 . — PMID 19921729 .
4. ↑ Jewett JC, Sletten EM, Bertozzi CR Rychlá klikací chemie bez obsahu Cu se snadno syntetizovanými biarylazacyklooktynony  //  J. Am. Chem. soc. - 2010. - Sv. 132 , č.p. 11 . — S. 3688–3690 . - doi : 10.1021/ja100014q . — PMID 20187640 .
5. ↑ Hoyle CE, Bowman CN Thiol–Ene Click Chemistry   // Angew . Chem. Int. Ed. - 2010. - Sv. 49 , č. 9 . — S. 1540–1573 . - doi : 10.1002/anie.200903924 .
6. ↑ 1 2 Kazybaeva D.S., Irkhukhametova G.S., Khutoryansky V.V. Thiol-enové „klikací reakce“ jako slibný způsob získání polymerních materiálů . Macromolecular Compounds, řada B, 64(1), 3-19 (2022). (neurčitý)
7. ↑ Blackman ML, Royzen M., Fox JM Tetrazinová ligace: Rychlá biokonjugace založená na inverzní elektronově poptávkové Diels-Alderově reaktivitě  //  J. Am. Chem. soc. - 2008. - Sv. 130 , č. 41 . — S. 13518–13519 . - doi : 10.1021/ja8053805 .
8. ↑ 1 2 Tornøe CW, Christensen C., Meldal M. Peptidotriazoly na pevné fázi: [1,2,3]-Triazoly pomocí regiospecifické mědi ( I)-katalyzované 1,3-dipolární cykloadice terminálních alkynů na azidy   // J. Org. Chem. - 2002. - Sv. 67 , č. 9 . — S. 3057–3064 . - doi : 10.1021/jo011148j . — PMID 11975567 .
9. ↑ Rostovtsev VV, Green LG, Fokin VV, Sharpless KB Postupný proces Huisgenovy cykloaddice: Regioselektivní „ligace“ azidů a terminálních alkynů katalyzovaná mědí (I  )  // Angew. Chem. Int. Ed. - 2002. - Sv. 41 , č. 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. Ruthenium katalyzovaná cykloaddice alkynů a organických azidů  //  J. Am. Chem. soc. - 2005. - Sv. 127 , č. 46 . — S. 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. Syntézy triazolem modifikovaných analogů zanamiviru prostřednictvím klikací chemie a anti-AIV aktivit  ( anglicky)  // Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2006. - Sv. 16 , č. 19 . - S. 5009-5013 . - doi : 10.1016/j.bmcl.2006.07.047 . — PMID 16876409 .
12. ↑ Turner RA, Oliver AG, Lokey RS Click Chemistry as a Macrocyclization Tool in the Solid-Phase Synthesis of Small Cyclic Peptides   // Org . Lett. - 2007. - Sv. 9 , č. 24 . - S. 5011-5014 . - doi : 10.1021/ol702228u . — PMID 17956112 .
13. ↑ El-Sagheer AH, Brown T. Click chemistry with DNA   // Chem . soc. Rev. - 2010. - Sv. 39 . — S. 1388-1405 . - doi : 10.1039/B901971P .
14. ↑ Hänni KD, Leigh DA Aplikace „klikací“ chemie CuAAC na syntézu katenanu a rotaxanu   // Chem . soc. Rev. - 2010. - Sv. 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 Multivalentní, bifunkční dendrimery připravené click chemistry   // Chem . komunální. - 2005. - Sv. 14 , č. 46 . — S. 5775–5777 . - doi : 10.1039/b512021g . — PMID 16307142 .
16. ↑ Binder WH, Sachsenhofer R. 'Click' Chemistry in Polymer and Materials Science   // Macromol . Rychlá komunita. - 2007. - Sv. 28 , č. 1 . — S. 15–54 . - doi : 10.1002/marc.200600625 .
17. ↑ Iha RK, Wooley KL, Nyström AM, Burke DJ, Kade MJ, Hawker CJ Aplikace ortogonálních „klikací“ chemie při syntéze funkčních měkkých materiálů // Chem. Rev. - 2009. - T. 109 , č. 11 . - S. 5620-5686 . - doi : 10.1021/cr900138t . — PMID 19905010 .
18. ↑ Campidelli S. Klikněte na Chemie pro funkcionalizaci uhlíkových nanotrubiček // Curr. Org. Chem. - 2011. - T. 15 , č. 8 . - S. 1151-1159 . - doi : 10.2174/138527211795203004 .
19. ↑ Li X. Kliknutím spojíte peptidy/proteiny dohromady // Chemie - Asijský časopis. - 2011. - V. 6 , č. 10 . — S. 2606–2616 . - doi : 10.1002/asie.201100329 .