Faceți clic pe chimie

Termenul click chemistry a fost introdus pentru prima dată de B. Sharpless în 2001 [1] . Acest concept descrie reacții chimice , adaptate pentru producerea rapidă și fiabilă de substanțe chimice prin combinarea elementelor mici individuale. Chimia click nu este despre o singură reacție, ci a fost menită să imite natura, care creează și compuși din elemente modulare. Conceptul a apărut în legătură cu căutarea unor noi abordări pentru generarea unui număr mare de structuri candidate la medicamente.

Reacțiile legate de chimia clicului ar trebui:

• fi modular
• au o sferă largă
• debit cu putere mare
• oferi produse secundare sigure
• fi stereospecific
• procedează în condiții fiziologice
• să fie foarte favorabil termodinamic (> 84 kJ/mol) pentru a forma un singur produs
• au o economie mare de atomi.

Este de dorit ca procesul:

• a avut condiții de reacție simple
• utilizate materialele și reactivii disponibili
• nu a necesitat un solvent sau a folosit solvenți inofensivi (de preferință apă)
• a permis izolarea produsului printr-o metodă non-cromatografică ( cristalizare sau distilare )

În 2022, Premiul Nobel pentru Chimie a fost acordat lui C. Bertozzi , M. Meldal și B. Sharpless pentru dezvoltarea chimiei clic și munca în domeniul chimiei biortogonale [2] .

Esența termenului

Descoperirea de noi potențiale farmaceutice necesită enumerarea și sinteza unui număr mare de structuri. Utilizarea mai multor reacții fiabile care au randamente ridicate ar simplifica foarte mult sinteza paralelă masivă a candidaților, accelerând astfel procesul de creare de noi medicamente.

Deși criteriile pentru a fi o reacție de clic sunt relativ subiective, unele reacții au fost identificate ca fiind cele mai potrivite pentru această categorie:

• [3+2]-cicloadiția, în special, cicloadiția azidă-alchine (varianta catalizată de cupru a CuAAC și reacția promovată de stres, SPAAC ) [3] [4]
• adiție de tiol-enă[5] [6]
• Reacția Diels-Alder [7]
• [4+1]-cicloadiția între izonitrili și tetrazine
• substituție nucleofilă, în special în cicluri mici strânse (epoxizi și aziridine)
• reacții ale compușilor carbonilici cu nucleofili care conțin azot (amine, hidrazine, hidrazide, hidroxilamine)
• reacții de adiție la duble legături carbon-carbon, cum ar fi dihidroxilarea.

Cicloadiția azidă-alchine

Una dintre cele mai utilizate reacții de clic este cicloadiția azidă-alchină folosind un catalizator de cupru ( CuAAC ). A fost descoperit independent de grupurile lui M. Meldal [9] și B. Sharpless [10] în 2002. În ciuda faptului că reacția a fost descrisă pentru prima dată de M. Meldal și colab. în legătură cu sinteza peptidotriazolilor pe un suport solid, acești autori nu au recunoscut potențialul acestei reacții. Fokine și Sharpless l-au descris ca un proces catalitic care oferă un nivel fără precedent de selectivitate, fiabilitate și aplicabilitate în aplicații în care trebuie create legături covalente între diverse blocuri de construcție.

Efectul diverșilor catalizatori metalici asupra cursului cicloadiției azidă-alchine a fost studiat, cuprul și ruteniul prezentând cele mai bune rezultate [11] . În cazul catalizei cuprului, reacția conduce la 1,2,3-triazoli 1,4-disubstituiți, iar în cazul catalizei cu ruteniu, la 1,2,3-triazoli 1,5-disubstituiți.

Cercetarea privind cicloadiția azidă-alchine ( SPAAC ) promovată de stres este în curs de dezvoltare. Această modificare are loc cu participarea reactivilor pe bază de ciclooctină. Forța motrice a procesului în acest caz este câștigul de energie datorită eliminării stresului din ciclul ciclooctin.

Aplicație

Click chimia este utilizată pe scară largă în diverse domenii. Unii dintre ei:

• sinteza preparativă a triazolilor 1,4-disubstituiți
• sinteza de peptidomimetice pe baza legăturii triazolului [9]
• modificarea compușilor naturali și a produselor farmaceutice
• descoperirea medicamentelor [12]
• macrociclizare [13]
• modificarea ADN-ului și a oligonucleotidelor [14]
• chimie supramoleculară [15]
• design dendrimer [16]
• sinteza clusterelor de carbohidrați
• chimia polimerilor [17] [6]
• chimia materialelor [18]
• nanotehnologie [19]
• bioconjugare [20]
• sinteză organică cu autopropagare la temperatură ridicată

Note

1. ↑ Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB Faceți clic pe Chimie: Funcție chimică diversă din câteva reacții bune   // Angew . Chim. Int. Ed. - 2001. - Vol. 40 , nr. 11 . — P. 2004–2021 . - doi : 10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5 . — PMID 11433435 .
2. ↑ Premiul Nobel pentru Chimie   2022 ? . NobelPrize.org . Preluat: 7 octombrie 2022.  (nedefinit)
3. ↑ Spiteri C., Moses JE Copper-Catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition: Regioselectiv Synthesis of 1,4,5-Trisubstituted 1,2,3-Triazoles   // Angew . Chim. Int. Ed. - 2010. - Vol. 49 , nr. 1 . — P. 31–33 . doi : 10.1002/ anie.200905322 . — PMID 19921729 .
4. ↑ Jewett JC, Sletten EM, Bertozzi CR Rapid Cu-Free Click Chemistry with Readily Synthesized Biarylazacyclooctynones  //  J. Am. Chim. soc. - 2010. - Vol. 132 , nr. 11 . — P. 3688–3690 . - doi : 10.1021/ja100014q . — PMID 20187640 .
5. ↑ Hoyle CE, Bowman CN Thiol–Ene Click Chemistry   // Angew . Chim. Int. Ed. - 2010. - Vol. 49 , nr. 9 . — P. 1540–1573 . - doi : 10.1002/anie.200903924 .
6. ↑ 1 2 Kazybaeva D.S., Irkhukhametova G.S., Khutoryansky V.V. „Reacții de clic” de tiol-ene ca modalitate promițătoare de a obține materiale polimerice . Compuși macromoleculari, seria B, 64(1), 3-19 (2022). (nedefinit)
7. ↑ Blackman ML, Royzen M., Fox JM Tetrazine Ligation: Fast Bioconjugation Based on Inverse-Electron-Demand Diels-Alder Reactivity  //  J. Am. Chim. soc. - 2008. - Vol. 130 , nr. 41 . — P. 13518–13519 . - doi : 10.1021/ja8053805 .
8. ↑ 1 2 Tornøe CW, 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   // J. Org. Chim. - 2002. - Vol. 67 , nr. 9 . — P. 3057–3064 . - doi : 10.1021/jo011148j . — PMID 11975567 .
9. ↑ Rostovtsev VV, Green LG, Fokin VV, Sharpless KB A Stepwise Huisgen Cycloaddition Process: Copper(I)-Catalyzed Regioselective “Ligation” of Azides and Terminal Alkynes  (engleză)  // Angew. Chim. Int. Ed. - 2002. - Vol. 41 , nr. 14 . — P. 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-Catalyzed Cycloaddition of Alkynes and Organic Azides  //  J. Am. Chim. soc. - 2005. - Vol. 127 , nr. 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. Sinteze ale analogilor zanamivir modificați cu triazol prin chimie prin clic și activități anti-AIV  ( engleză)  // Bioorg. Med. Chim. Lett. - 2006. - Vol. 16 , nr. 19 . - P. 5009-5013 . - doi : 10.1016/j.bmcl.2006.07.047 . — PMID 16876409 .
12. ↑ Turner RA, Oliver AG, Lokey RS Faceți clic pe chimie ca instrument de macrociclizare în sinteza în fază solidă a peptidelor ciclice mici   // Org . Lett. - 2007. - Vol. 9 , nr. 24 . - P. 5011-5014 . - doi : 10.1021/ol702228u . — PMID 17956112 .
13. ↑ El-Sagheer AH, Brown T. Click chemistry with DNA   // Chem . soc. Rev. - 2010. - Vol. 39 . — P. 1388-1405 . - doi : 10.1039/B901971P .
14. ↑ Hänni KD, Leigh DA Aplicarea chimiei „clic” CuAAC la sinteza catenanului și rotaxanului   // Chem . soc. Rev. - 2010. - Vol. 39 . - P. 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, dendrimeri bifuncționali pregătiți prin chimie clic   // Chem . comun. - 2005. - Vol. 14 , nr. 46 . — P. 5775–5777 . - doi : 10.1039/b512021g . — PMID 16307142 .
16. ↑ Binder WH, Sachsenhofer R. „Click” Chemistry in Polymer and Materials Science   // Macromol . Comunitatea Rapidă. - 2007. - Vol. 28 , nr. 1 . — P. 15–54 . - doi : 10.1002/marc.200600625 .
17. ↑ Iha RK, Wooley KL, Nyström AM, Burke DJ, Kade MJ, Hawker CJ Aplicații ale chimiilor ortogonale „Click” în sinteza materialelor moi funcționale // Chem. Rev. - 2009. - T. 109 , Nr. 11 . - S. 5620-5686 . - doi : 10.1021/cr900138t . — PMID 19905010 .
18. ↑ Campidelli S. Faceți clic pe Chemistry for Carbon Nanotubes Functionalization // Curr. Org. Chim. - 2011. - T. 15 , Nr. 8 . - S. 1151-1159 . - doi : 10.2174/138527211795203004 .
19. ↑ Li X. Click to Join Peptides/Proteins Together // Chemistry - An Asian Journal. - 2011. - V. 6 , Nr. 10 . — S. 2606–2616 . - doi : 10.1002/asia.201100329 .