Click Chemistry bez mědi

Co je bezměděná klikací chemie?

Click chemie bez mědi je alternativní přístup k click chemistry, která probíhá při nižší aktivační bariéře a neobsahuje cytotoxické katalyzátory přechodných kovů.¹ Absence exogenních kovových katalyzátorů činí tyto reakce vhodnými pro in vivo aplikace bioortogonální chemie nebo bioortogonální click chemie.

Wittigova bezměděná kliková reakce

Bezměděná kliková chemie vychází ze staré reakce, kterou v roce 1961 publikovali Wittig a kol.Jednalo se o reakci mezi cyklooktynem a fenyl azidem, která probíhala jako exploze za vzniku jediného produktu, 1-fenyl-4,5,6,7,8,9-hexahydro-1H-cyklookta[d][1,2,3]triazolu.² Reakce je ultrarychlá díky velkému množství kruhové deformace (18 kcal/mol kruhové deformace) v molekule cykloktynu. Uvolnění kruhového napětí v molekule je hnacím motorem rychlé reakce. Uvádí se, že cyklooktyny reagují selektivně s azidy za vzniku regioizomerních směsí triazolů při teplotách a tlacích okolí bez nutnosti katalýzy kovy a bez zjevné cytotoxicity.³

Schéma 1. Wittigova chemie bez mědi na kliknutí

Produkty Click Chemistry bez obsahu mědi

Použití bezměděné klikové chemie

• Značení biomolekul, jako jsou glykany a lipidy, selektivně v živých systémech bez zjevné toxicity.³
• Značení biomolekul v živých myších pomocí bioortogonální reakce, 1,3-dipolární cykloadice azidů a cyklooktinů.⁵
• Biarylazacyklooktynon (BARAC) lze snadno syntetizovat a použít pro fluorescenční zobrazování glykanů značených azidy v živých buňkách.⁶
• In situ "click" zesíťování fotodegradovatelných hvězdicových polymerů zakončených azidem za použití bifunkčních, fluorovaných cyklooktynů.⁷
• Funkcionalizace nových platinových(IV) [PtIV] proléčiv. Tyto proléčiva lze využít k instalaci cílových částí, doručovacích systémů a fluorescenčních reportérů z jediného prekurzoru, které jsou schopny uvolňovat biologicky aktivní cisplatinu.⁸
• Funkcionalizace nanočástic zlata monovalentním maleimidem, a to instalací maleimidové skupiny na nanočástici prostřednictvím click chemie bez použití mědi.⁹
• Syntéza biokompatibilních a biologicky odbouratelných polysacharidových hydrogelů odvozených od chitosanu a hyaluronanu byla dosažena pomocí bezměděné click chemie. Tyto hydrogely mají potenciální využití v měkkotkáňovém inženýrství.¹⁰
• Triazolová analoga ftalátových změkčovadel (PVC-DEHT, PVC-DBT a PVC-DMT) byla připravena bezměděnou azido-alkynovou click reakcí. Di(2-ethylhexyl)-1H-triazol-4,5-dikarboxylát (DEHT), di(n-butyl)-1H-1,2,3-triazol-4,5-dikarboxylát (DBT) a di(methyl)-1<.i>H-triazol-4,5-dikarboxylátu (DMT) jsou kovalentně připojeny k azidově funkčnímu polyvinylchloridu (PVC) prostřednictvím reakce volného kliknutí mědi (Snímek 2).¹¹

Schéma 2. Příprava triazolových analogů ftalátových změkčovadel bezměděnou azido-alkynovou click reakcí.

• Nová třída difluorovaných cyklooktynových (DIFO) činidel byla použita v bezměděné click chemii pro místně selektivní značení biomolekul in vitro a in vivo.¹²

Schéma 3. Mědí katalyzovaná azido-alkynová cykloadiční reakce.

• Katalyzátorové click reakce jsou užitečným nástrojem pro přípravu léčiv na bázi radiometalů. Radiotracer [⁶⁴Cu]DOTA-ADIBON₃-Ala-PEG₂₈-A20FMDV2, používaný pro pozitronovou emisní tomografii zobrazující integrin α_vβ₆ exprimujících nádorů, byla syntetizována pomocí click chemie bez použití mědi.¹³
• Bylo popsáno radioizotopové značení jódem molekul obsahujících cyklooctyn pomocí bezměděné click reakce. Radiojodování pomocí cínového prekurzoru bylo provedeno při pokojové teplotě za účelem získání ¹²⁵I značeného azidu. Dibenzocyklooktin (DBCO) obsahující cRGD peptid a nanočástice zlata byly označeny za použití ¹²⁵I značeného azidu za vzniku triazolů v dobrých radiochemických výtěžcích (67-95 %). Tato metoda je užitečná pro značení molekul obsahujících skupinu DBCO radioizotopy jódu jak in vitro, tak in vivo.¹⁴
• Techniky značení specifické pro místa v proteinech zahrnují bezměděnou kmenem podporovanou azidoalkynovou cykloadici (SPAAC) reakci mezi dibenzocyklooktynofluorem 545 (DBCO-fluor 545) a nepřirozenou aminokyselinou nesoucí azid (UAA).¹⁵

Odkazy

1. Rostovtsev, VV, Green, LG, Fokin, VV, Sharpless, KB. 2002. Angew. Chem.. 114, 2596.

2. Akeroyd N. 2010. Click chemistry for the preparation of advanced macromolecular architectures Stellenbosch University.

3. Lahann J. 2009. Click Chemistry for Biotechnology and Materials Science. https://doi.org/10.1002/9780470748862

4. Himo F, Lovell T, Hilgraf R, Rostovtsev VV, Noodleman L, Sharpless KB, Fokin VV. 2005. Copper(I)-Catalyzed Synthesis of Azoles. DFT Study Predicts Unprecedented Reactivity and Intermediates. J. Am. Chem. Soc.. 127(1):210-216. https://doi.org/10.1021/ja0471525

5. Chang PV, Prescher JA, Sletten EM, Baskin JM, Miller IA, Agard NJ, Lo A, Bertozzi CR. 2010. Copper-free click chemistry in living animals. Proc Natl Acad Sci USA. 107(5):1821-1826. https://doi.org/10.1073/pnas.0911116107

6. Jewett JC, Sletten EM, Bertozzi CR. 2010. Rapid Cu-Free Click Chemistry with Readily Synthesized Biarylazacyclooctynones. J. Am. Chem. Soc.. 132(11):3688-3690. https://doi.org/10.1021/ja100014q

7. Johnson JA, Baskin JM, Bertozzi CR, Koberstein JT, Turro NJ. 2008. Copper-free click chemistry for the in situ crosslinking of photodegradable star polymers. Chem. Commun..(26):3064. https://doi.org/10.1039/b803043j

8. Pathak RK, McNitt CD, Popik VV, Dhar S. 2014. Copper-Free Click-Chemistry Platform to Functionalize Cisplatin Prodrugs. Chem. Eur. J.. 20(23):6861-6865. https://doi.org/10.1002/chem.201402573

9. Nieves DJ, Azmi NS, Xu R, Lévy R, Yates EA, Fernig DG. Monovalent maleimide functionalization of gold nanoparticles via copper-free click chemistry. Chem. Commun.. 50(86):13157-13160. https://doi.org/10.1039/c4cc05909c

10. Fan M, Ma Y, Mao J, Zhang Z, Tan H. 2015. Cytocompatible in situ forming chitosan/hyaluronan hydrogels via a metal-free click chemistry for soft tissue engineering. Acta Biomaterialia. 2060-68. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2015.03.033

11. Earla A, Braslau R. 2014. Covalently Linked Plasticizers: Triazole Analogues of Phthalate Plasticizers Prepared by Mild Copper-Free ?Click? Reactions with Azide-Functionalized PVC. Macromol. Rapid Commun.. 35(6):666-671. https://doi.org/10.1002/marc.201300865

12. Codelli JA, Baskin JM, Agard NJ, Bertozzi CR. 2008. Second-Generation Difluorinated Cyclooctynes for Copper-Free Click Chemistry. J. Am. Chem. Soc.. 130(34):11486-11493. https://doi.org/10.1021/ja803086r

13. Satpati D, Bauer N, Hausner SH, Sutcliffe JL. 2014. Synthesis of [64Cu]DOTA-ADIBON3-Ala-PEG28-A20FMDV2 via copper-free click chemistry for PET imaging of integrin ?v?6. J Radioanal Nucl Chem. 302(2):765-771. https://doi.org/10.1007/s10967-014-3197-8

14. Jeon J, Kang JA, Shim HE, Nam YR, Yoon S, Kim HR, Lee DE, Park SH. 2015. Efficient method for iodine radioisotope labeling of cyclooctyne-containing molecules using strain-promoted copper-free click reaction. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 23(13):3303-3308. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2015.04.045

15. Zhang G, Zheng S, Liu H, Chen PR. Illuminating biological processes through site-specific protein labeling. Chem. Soc. Rev.. 44(11):3405-3417. https://doi.org/10.1039/c4cs00393d