Клик-химия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Термин клик-химия был впервые введён Б. Шарплессом в 2001 году[1]. Данное понятие описывает химические реакции, приспособленные для быстрого и надёжного получения химических веществ путём соединения между собой отдельных маленьких элементов. Клик-химия не касается отдельной реакции, но была задумана как подражание природе, которая также создаёт соединения из модульных элементов. Концепция возникла в связи с поиском новых подходов к генерированию больших количеств структур-кандидатов фармацевтических препаратов.

Реакции, относящиеся к клик-химии, должны:

  • быть модульными
  • иметь широкую область применения
  • протекать с высоким выходом
  • давать безопасные побочные продукты
  • быть стереоспецифичными
  • протекать в физиологических условиях
  • быть очень выгодными термодинамически (> 84 кДж/моль), чтобы образовывался единственный продукт
  • иметь высокую экономию атомов.

Желательно, чтобы процесс:

  • имел простые реакционные условия
  • использовал доступные материалы и реагенты
  • не требовал растворителя или использовал безвредные растворители (желательно, воду)
  • позволял выделить продукт нехроматографическим методом (кристаллизация или перегонка)

Суть термина[править | править вики-текст]

Открытие новых потенциальных фармацевтических препаратов требует перебора и синтеза большого числа структур. Использование нескольких надёжных реакций, протекающих с высоким выходом, позволило бы значительно упростить массовый параллельный синтез кандидатов, таким образом, ускорив процесс создания новых препаратов.

Несмотря на то, что критерии принадлежности к клик-реакциям являются относительно субъективными, некоторые реакции были определены как наиболее подходящие к данной категории:

  • [3+2]-циклоприсоединения, в частности, азид-алкиновое циклоприсоединение (медь-катализируемый вариант CuAAC и реакция, промотируемая напряжением, SPAAC)[2][3]
  • тиол-еновое присоединение[4]
  • реакция Дильса-Альдера[5]
  • [4+1]-циклоприсоединение между изонитрилами и тетразинами[6]
  • нуклеофильное замещение, особенно в напряженных малых циклах (эпоксидах и азиридинах)
  • реакции карбонильных соединений с азотсодержащими нуклеофилами (аминами, гидразинами, гидразидами, гидроксиламинами)
  • реакции присоединения к двойным углерод-углеродным связям, например, дигидроксилирование.

Азид-алкиновое циклоприсоединение[править | править вики-текст]

Одна из наиболее используемых клик-реакций — азид-алкиновое циклоприсоединение с использованием медного катализатора (CuAAC). Она была открыта независимо группами М. Мельдаля[7] и Б. Шарплесса[8] в 2002 году. Несмотря на то, что реакция впервые была описана М. Мельдалем и сотр. применительно к синтезу пептидотриазолов на твёрдом носителе, эти авторы не распознали потенциала данной реакции. Фокин и Шарплесс описали её как каталитический процесс, предоставляющий беспрецедентный уровень селективности, надежности и применимости в тех случаях, когда необходимо создать ковалентные связи между разнообразными строительными блоками.

Исследовано действие различных металлических катализаторов на протекание азид-алкинового циклоприсоединения, причём наилучшие результаты показали медь и рутений[9]. В случае медного катализа реакция приводит к 1,4-дизамещенным 1,2,3-триазолам, а в случае рутениевого — 1,5-дизамещенным 1,2,3-триазолам.

Активно развиваются исследования азид-алкинового циклоприсоединения, промотируемого напряжением (SPAAC). Данная модификация происходит с участием реагентов на основе циклооктина. Движущей силой процесса в данном случае является выигрыш в энергии за счёт снятия напряжения с циклооктинового цикла.

Применение[править | править вики-текст]

Клик-химия находит широкое применение в различных областях. Некоторые из них:

  • препаративный синтез 1,4-дизамещенных триазолов
  • синтез пептидомиметиков на основе триазольной связи[7]
  • модификация природных соединений и фармацевтических препаратов
  • открытие лекарственных средств[10]
  • макроциклизация[11]
  • модификация ДНК и олигонуклеотидов[12]
  • супрамолекулярная химия[13]
  • дизайн дендримеров[14]
  • синтез углеводных кластеров
  • химия полимеров[15]
  • химия материалов[16]
  • нанотехнология[17]
  • биоконъюгация[18]
  • органический самораспространяющийся высокотемпературный синтез

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Kolb H. C., Finn M. G., Sharpless K. B. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2001. — Vol. 40, no. 11. — P. 2004–2021. — DOI:10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5. — PMID 11433435.
  2. Spiteri C., Moses J. E. Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition: Regioselective Synthesis of 1,4,5-Trisubstituted 1,2,3-Triazoles (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2010. — Vol. 49, no. 1. — P. 31–33. — DOI:10.1002/anie.200905322. — PMID 19921729.
  3. Jewett J. C., Sletten E. M., Bertozzi C. R. Rapid Cu-Free Click Chemistry with Readily Synthesized Biarylazacyclooctynones (англ.) // J. Am. Chem. Soc. — 2010. — Vol. 132, no. 11. — P. 3688–3690. — DOI:10.1021/ja100014q. — PMID 20187640.
  4. Hoyle C. E., Bowman C. N. Thiol–Ene Click Chemistry (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2010. — Vol. 49, no. 9. — P. 1540–1573. — DOI:10.1002/anie.200903924.
  5. Blackman M. L., Royzen M., Fox J. M. Tetrazine Ligation: Fast Bioconjugation Based on Inverse-Electron-Demand Diels−Alder Reactivity (англ.) // J. Am. Chem. Soc. — 2008. — Vol. 130, no. 41. — P. 13518–13519. — DOI:10.1021/ja8053805.
  6. Stöckmann H., Neves A. A., Stairs S., Brindle K. M., Leeper F. J. Exploring isonitrile-based click chemistry for ligation with biomolecules (англ.) // Org. Biomol. Chem. — 2011. — No. 9. — P. 7303-7305. — DOI:10.1039/C1OB06424J. — PMID 21915395.
  7. 1 2 Tornøe C. W., Christensen C., Meldal M. Peptidotriazoles on Solid Phase: [1,2,3]-Triazoles by Regiospecific Copper(I)-Catalyzed 1,3-Dipolar Cycloadditions of Terminal Alkynes to Azides (англ.) // J. Org. Chem. — 2002. — Vol. 67, no. 9. — P. 3057–3064. — DOI:10.1021/jo011148j. — PMID 11975567.
  8. Rostovtsev V. V., Green L. G., Fokin V. V., Sharpless K. B. A Stepwise Huisgen Cycloaddition Process: Copper(I)-Catalyzed Regioselective “Ligation” of Azides and Terminal Alkynes (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2002. — Vol. 41, no. 14. — P. 2596–2599. — DOI:10.1002/1521-3773(20020715)41:14<2596::AID-ANIE2596>3.0.CO;2-4. — PMID 12203546.
  9. Zhang L., Chen X., Xue P., Sun H. H. Y., Williams I. D., Sharpless K. B., Fokin V. V., Jia G. Ruthenium-Catalyzed Cycloaddition of Alkynes and Organic Azides (англ.) // J. Am. Chem. Soc. — 2005. — Vol. 127, no. 46. — P. 15998–15999. — DOI:10.1021/ja054114s. — PMID 16287266.
  10. Li J., Zheng M., Tang W., He P. L., Zhu W., Li T., Zuo J. P., Liu H., Jiang H. Syntheses of triazole-modified zanamivir analogues via click chemistry and anti-AIV activities (англ.) // Bioorg. Med. Chem. Lett. — 2006. — Vol. 16, no. 19. — P. 5009–5013. — DOI:10.1016/j.bmcl.2006.07.047. — PMID 16876409.
  11. Turner R. A., Oliver A. G., Lokey R. S. Click Chemistry as a Macrocyclization Tool in the Solid-Phase Synthesis of Small Cyclic Peptides (англ.) // Org. Lett. — 2007. — Vol. 9, no. 24. — P. 5011–5014. — DOI:10.1021/ol702228u. — PMID 17956112.
  12. El-Sagheer A. H., Brown T. Click chemistry with DNA (англ.) // Chem. Soc. Rev. — 2010. — Vol. 39. — P. 1388-1405. — DOI:10.1039/B901971P.
  13. Hänni K. D., Leigh D. A. The application of CuAAC ‘click’ chemistry to catenane and rotaxane synthesis (англ.) // Chem. Soc. Rev. — 2010. — Vol. 39. — P. 1240-1251. — DOI:10.1039/B901974J. — PMID 20309484.
  14. Wu P., Malkoch M., Hunt J. N., Vestberg R., Kaltgrad E., Finn M. G., Fokin V. V., Sharpless K. B., Hawker C. J. Multivalent, bifunctional dendrimers prepared by click chemistry (англ.) // Chem. Commun. — 2005. — Vol. 14, no. 46. — P. 5775–5777. — DOI:10.1039/b512021g. — PMID 16307142.
  15. Binder W. H., Sachsenhofer R. ‘Click’ Chemistry in Polymer and Materials Science (англ.) // Macromol. Rapid Commun. — 2007. — Vol. 28, no. 1. — P. 15–54. — DOI:10.1002/marc.200600625.
  16. Iha R. K., Wooley K. L., Nyström A. M., Burke D. J., Kade M. J., Hawker C. J. Applications of Orthogonal “Click” Chemistries in the Synthesis of Functional Soft Materials // Chem. Rev. — 2009. — Т. 109, № 11. — С. 5620-5686. — DOI:10.1021/cr900138t. — PMID 19905010.
  17. Campidelli S. Click Chemistry for Carbon Nanotubes Functionalization // Curr. Org. Chem. — 2011. — Т. 15, № 8. — С. 1151-1159. — DOI:10.2174/138527211795203004.
  18. Li X. Click to Join Peptides/Proteins Together // Chemistry – An Asian Journal. — 2011. — Т. 6, № 10. — С. 2606–2616. — DOI:10.1002/asia.201100329.