[發(fā)明專利]生物分子的功能化方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010513369.4
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN102040530A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 奧德·伯納迪恩;大衛(wèi)·波納非;伊莎貝爾·泰可希-諾蓋
• 申請（專利權(quán)）人: 原子能與替代能源委員會
• 主分類號: C07C225/14
• 分類號: C07C225/14;C07C221/00;C09K11/06
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 瞿衛(wèi)軍

本發(fā)明的目的在于提供新的偶聯(lián)方法，所述方法對于生物分子例如蛋白、酶或核酸的功能化特別有用，因?yàn)樗梢栽谒越橘|(zhì)和室溫下進(jìn)行。

從其高度特異性的觀點(diǎn)來看，偶聯(lián)反應(yīng)是一種廣泛使用在特別是化學(xué)領(lǐng)域中的功能化途徑。

這是因?yàn)?，由于是基于需要偶?lián)的兩個實(shí)體所分別攜帶的兩個特異性基團(tuán)的相互作用，這些反應(yīng)能夠顯著降低副反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，并且一般能夠保證所需偶聯(lián)產(chǎn)物的令人滿意的產(chǎn)率。

但是，這種偶聯(lián)反應(yīng)的成功除了將帶有兩個反應(yīng)性基團(tuán)的化合物放在一起之外，一般還依賴于其它參數(shù)的調(diào)整。這些參數(shù)可以是物理參數(shù)例如溫度、大氣壓力、pH、甚至是例如暴露于UV輻射，也可以是化學(xué)特性的，例如催化劑的存在。

特別是從需要考慮上面提到的一些參數(shù)的角度來說，可以在生物條件下(體外或體內(nèi))使用的偶聯(lián)反應(yīng)相當(dāng)少。

出于顯而易見的原因，某些參數(shù)與在生物介質(zhì)中的使用不相容，例如高酸性pH。

此外，在生物介質(zhì)中或?qū)ι锓肿舆M(jìn)行的偶聯(lián)反應(yīng)還強(qiáng)加了其它限制：反應(yīng)的反應(yīng)物或產(chǎn)物都必須是無毒的；產(chǎn)物和反應(yīng)物對于活生物體的官能團(tuán)——羧酸、胺、硫醇等來說必須是生物學(xué)惰性的，以便獲得更好的偶聯(lián)特異性；反應(yīng)必須在水性介質(zhì)中、在生理pH和生理溫度下快速進(jìn)行，并且如果可能的話必須不依賴于介質(zhì)中存在的鹽(Na、Cl、Mg、K等)的濃度，而且反應(yīng)在低濃度下必須是有效的。

但是，作為可以使用生物特性的分子進(jìn)行的偶聯(lián)反應(yīng)，可以提到的是基于醛/酮基與酰肼/氨氧基(aminooxy)的相互作用的偶聯(lián)反應(yīng)。

事實(shí)上，通過在合成(或生物合成)過程中以修飾的單體(糖、氨基酸等)形式引入酮和醛基，它們已被廣泛用于為生物分子進(jìn)行修飾。然后通過將這些基團(tuán)與酰肼或氨氧基反應(yīng)、裝配兩個抑制劑部分、用造影劑標(biāo)記等，對這些基團(tuán)進(jìn)行可能的后續(xù)修飾[1]。

不幸的是，酮和醛基的使用受到生物介質(zhì)自身的限制。這是因?yàn)轸驶才c胺反應(yīng)，對于包含它們的生物分子來說不是特異性的。此外，該縮合反應(yīng)的最適pH是5-6；因此反應(yīng)非常緩慢，或介質(zhì)的酸化導(dǎo)致一定程度的細(xì)胞死亡或敏感的生物分子的分解。

已被考慮用于體內(nèi)化學(xué)的另一種類型的偶聯(lián)反應(yīng)[2]，是基于疊氮化合物與磷化氫(Staudinger反應(yīng))或炔烴(Huisgen?1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng))的相互作用的反應(yīng)。

有利的是，疊氮基已被證明對于在活生命體世界中遇到的官能團(tuán)來說是惰性的，高能的，并且對于大量的基團(tuán)來說不是非常具有反應(yīng)性的。

不幸的是，在第一種類型的相互作用的使用中，主要障礙是使用的磷化氫在空氣容易氧化。

對于使用疊氮基的Huisgen環(huán)加成反應(yīng)來說，從它們需要使用銅鹽這一事實(shí)的角度來看，它們只可能離體使用，由于其毒性而排除了體內(nèi)使用。

一般公認(rèn)地，通過用吸電子基團(tuán)活化炔烴以免除銅的出現(xiàn)是可能的；但是，這些化合物然后能夠在富含親核試劑的生物介質(zhì)中發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)。用于加速疊氮化合物與炔烴的1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)的另一種可替選方案包括在應(yīng)變的多重鍵上進(jìn)行反應(yīng)，環(huán)應(yīng)變是反應(yīng)的驅(qū)動力(并代替催化)。因此，利用了Bertozzi基團(tuán)來加速反應(yīng)，這是由于環(huán)應(yīng)變在疊氮化合物與環(huán)辛炔之間產(chǎn)生了(3+2)環(huán)加成反應(yīng)，該反應(yīng)在生理?xiàng)l件下發(fā)生并且沒有明顯毒性，因此能夠在活生物體中的細(xì)胞上進(jìn)行化學(xué)修飾[3-4]。

不幸的是，疊氮化合物由于被證明對光分解敏感，并且它們中的一些具有潛在爆炸性，因此不能被證明對于在生物介質(zhì)中的使用來說非常相容。

事實(shí)上，從選擇性的觀點(diǎn)來看，1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)明顯構(gòu)成了特別有利的能夠在生物介質(zhì)中利用的功能化途徑。

作為疊氮化合物/烯烴1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)的可替選方案，還存在硝酮/烯烴1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)。后者能夠產(chǎn)生異噁唑烷衍生物，其可以隨后被轉(zhuǎn)變成大量有利產(chǎn)物，特別是β-內(nèi)酰胺、內(nèi)酯、氨基醇和酮醇。該反應(yīng)非常常見，提供了由內(nèi)或外兩種途徑產(chǎn)生的兩對非對映異構(gòu)體。硝酮與炔烴之間的同樣類型的反應(yīng)能夠獲得異噁唑啉，其隨后能夠經(jīng)歷各種不同的重排，提供新的雜環(huán)系統(tǒng)。

但是，這些硝酮與不飽和烴的1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)一般一方面在有機(jī)介質(zhì)中、另一方面在高溫下進(jìn)行。對于第一種限制來說，它一般是由下述事實(shí)所強(qiáng)行要求的，即醛與羥胺的縮合需要無水條件以便形成相應(yīng)的硝酮。但是，已經(jīng)顯示使用表面活性劑能夠形成硝酮并進(jìn)行后者與丙烯酸乙酯的一鍋環(huán)加成反應(yīng)[5]。