クリックケミストリーの簡単な紹介

1つ

クリックケミストリーの紹介

スウェーデン現地時間2022年10月5日11時45分（北京時間10月5日17時45分）、ノーベル賞委員会は2022年のノーベル化学賞を米国の化学者、デンマーク人のキャロリン・R・ベルトッツィ氏に授与すると発表した。クリックケミストリーと生体直交化学の発展に対する顕著な貢献に対して、アメリカの化学者モーテン・メルダルとアメリカの化学者カール・バリー・シャープレスが授与されました。クリックケミストリーの概念はシャープレスによって最初に提案され、有機分子と生体有機分子を結び付けるために使用されてきました。クリックケミストリーとは、単純な反応条件と容易に入手可能な出発物質を利用して有望な構成要素を開発できる、効率的で堅牢かつ立体選択的な一連の反応を指します。

クリックケミストリーの概念が提唱される前の有機合成の発展を振り返ると、第二次世界大戦後、米国がこの分野のフロンティアを独占していました。研究活動は、炭素間結合 (CC) の構築による複雑な分子構造 (特に天然物) の合成に焦点を当てました。 EJ Corey やその他のフルシンセのマスターが代表を務めました。彼らの研究は、自然に挑戦する人々の勇気を体現しており、報告されているいくつかの新しい合成方法は、有機化学の内容をより豊富かつ系統的にするものでもありますが、これらの反応は、操作の難易度が高いことや収率が低いため、他の分野で研究するのが難しいことがよくあります。広く使われています。核酸とタンパク質は、自然界では一般的な生体高分子です。複雑な化学構造と豊富な生物学的機能は、炭素とヘテロ原子の結合（リン酸結合やペプチド結合）で結ばれた小さな分子単位によって実現されています。これに触発されて、シャープレスは 2001 年にクリックケミストリーの概念を提案し、炭素ヘテロ原子結合 (CXC) や無機結合の合成に基づくさまざまな分子の迅速かつ信頼性の高い化学合成を強調しました。

二

クリック化学反応の分類

クリックケミストリーの概念の直後、2002 年に一価銅触媒によるアジド-アルキン付加環化反応がシャープレスグループとメダルグループによって独立して報告されました。この反応はクリックケミストリーにおける最初の古典的な研究とみなすことができます。アジドおよび末端アルキンはほとんどの化学条件下で安定ですが、一価の銅触媒条件下では効率的かつ特異的に 1,3-置換トリアゾール (式 1) に変換できます。その構造と完全に一致する連結基は自然界には見つかっていませんが、温和な条件、高収率、高い化学選択性、および水や酸素の干渉がないという特徴が、この反応の際立った利点となっています。

2. ひずみ促進アジドアルキンクリックケミストリー (SPAAC)

ひずみ促進アジド-アルキン付加環化 (SPAAC) は、Bertozzi らによって開発されました。これは金属触媒、還元剤、安定な配位子の使用を必要としません。代わりに、この反応は、環ひずみによってシクロオクチン (OCT、BCN、DBCO、DIBO、DIFO など) に放出されるエンタルピーを利用して、安定なトリアゾール (式 2) を形成します。 SPAAC の反応速度は CuAAC よりも遅いですが、生細胞におけるその生体適合性には疑いの余地がありません。これまで、この反応はハイブリッドおよびブロックポリマーの形成、代謝工学、ナノ粒子の機能化、オリゴヌクレオチドの標識などの分野で広く使用されてきました。

3. テトラジンとアルケン（trans-シクロオクテン）の結合

トランスシクロオクテン TCO は逆電子要求ディールス アルダー (IEDDA) で反応し、生理的条件下での反応は無触媒、反応速度が速く、生体適合性が良いという特徴があります。トランスシクロオクテンは、生物学および材料科学の研究、特にターゲットを絞った医療画像処理や治療のためのプレターゲティング法および関連キットに広く使用されています。テトラジンは、反応性テトラジン基を含むクリックケミストリー標識試薬の一種で、4 つの窒素原子を含む 6 員複素環化合物で、1,2,3,4-テトラジン、1,2,4,5-テトラジン、 1,2,3,5-テトラジン。テトラジン試薬は、逆電子要求ディールス アルダー反応および窒素を除去する逆ディールス アルダー反応において TCO (トランス-シクロオクテン) との反応性が高くなります。これは、生細胞の標識、分子イメージング、およびその他のバイオコンジュゲーション用途における低濃度でのバイオコンジュゲーションの非常に高速な応答です。

三つ

クリックケミストリーの反応特性

(1) アジドやアルキニルなどの反応モジュール化によりトリアゾール化合物が生成可能。

（２）原料が入手しやすく、応用範囲が広い。

(3) 高い反応収率、良好な位置選択性および立体選択性。

(4) 簡単な操作、穏やかな反応条件、水や酸素を恐れません。

（５）生成物は分離および精製が容易であり、クロマトグラフィーによるカラム分離を行わずに再結晶または蒸留によって分離することができる。

(6) ほとんどの反応は炭素 - ヘテロ原子 (主に窒素、酸素、硫黄) 結合の形成を伴います。

(7) 反応には高い熱力学的駆動力 (>84kJ/mol) が必要です。

(8) クリック反応は通常、化合物 (副生成物なし) または縮合反応 (生成物は水などの小さな分子) です。

四

クリックケミストリーの応用

1. 薬物

Buckle らによる研究。らは、トリアゾール誘導体が強力な抗皮膚アレルギー薬であることを示し、マウスを受容体として使用すると良好な薬物活性を示しました。 1,2,3-トリアゾール置換ベンゼンスルホンアミド化合物は、ヒトβ-アドレナリン作動性ホルモン受容体の強力な選択的収縮剤です。薬理学的スクリーニング実験により、4-トリフルオロメチルベンジル同族体には並外れた効果があることが証明されました。選択的小分子抗凝固薬チカグレロルは 1,2,3-トリアゾール誘導体で、血管平滑筋細胞のプリンサブタイプ P2Ym に可逆的に作用し、ADP 誘発血小板凝集に影響を与えます。明らかな抑制効果があり、経口投与後すぐに効果が現れるため、急性冠状動脈性心疾患患者の症状を効果的に改善できます。

2. リード化合物ライブラリーの合成

クリックコンポーネントモジュールライブラリを直接使用する構築プロセスは、新しい分子医薬品の迅速なコンビナトリアル合成に最適であり、リード化合物の発見と構造の最適化に必要な時間を大幅に短縮できます。クリックケミストリーは、いくつかの短い反応シーケンスを使用して、1,2-二置換エタン誘導体ライブラリー、5員芳香族複素環式化合物ライブラリー、1,2.3-トリアゾールなど、多数の複雑で新規かつ多様な化合物ライブラリーを研究室で調製できます。誘導体ライブラリーおよび非芳香族複素環式化合物ライブラリーなど。例えば、Ｋｈａｎｅｔｓｋｙｙ ｅｔ ａｌ．らは、基本骨格として 27 個のピリミジノンを含む化合物ライブラリを作成しました。反応プロセスには、環を形成するためのメチル臭素化、アジド化、および双極性付加環化反応が含まれます。マイクロ波促進技術は反応の複数のステップで使用され、最終的な環形成反応の触媒として cu(D が使用され、良好な結果が得られました。

3. 標的指向性の活性小分子合成

ターゲット誘導クリックケミストリーを使用して、高親和性阻害剤を見つけることができます。適切な構造を有するアジド化合物およびアルキニル化合物は、酵素の活性中心の触媒作用により立体特異的なトリアゾール化合物を迅速に生成できます。合成酵素自体の阻害剤。シャープレスら。らは、生理学的条件下で不活性反応物を使用して、不可逆的な標的指向性合成を実行し、高親和性 AChE 阻害剤を取得しました。

4. 糖タンパク質

糖タンパク質はバイオ医薬品の分野で非常に重要な役割を果たします。通常、糖タンパク質には N または O の形でタンパク質に結合したオリゴ糖が含まれていますが、糖ペプチド結合は酵素による加水分解に非常に敏感であり、代謝安定性が制限されます。さらに、O-糖タンパク質の合成アセンブリは、グリコシル部分の除去により容易に阻害されます。クリックケミストリーは合成と代謝の不安定性を克服できるため、糖タンパク質の合成におけるクリックケミストリーの使用は Rutjes らにとって非常に適しています。アジドアミノ酸とアルキン配糖体を用いてクリック反応により温和な条件下でトリアゾール糖アミノ酸を合成します。そして収量も高くなります。マクミランとブランによるシステインチオールの化学選択的アルキン基置換は、クリックケミストリーとネイティブ化学戦略の互換性を示しています。ウェスターマンら。クリックケミストリーと閉環メタセシスを組み合わせて、大環状糖脂質模倣ライブラリーを調製しました。

5. 生物学的プローブとマイクロアレイ

機能化されたプレーンは、糖、DNA、タンパク質のマイクロアレイ、バイオセンサー、マイクロ流体デバイスなど、今日のバイオテクノロジーにおいて重要な役割を果たしています。一方、効率的なトリアゾール結合は有機または無機表面の修飾に非常に適しています。そのため、基板平面を修飾するための多くのクリックケミストリー法が近年報告されています。グリコアレイは、ヘマグルチニンタンパク質をスクリーニングするための高性能手段です。 Wong のグループは、ヘマグルチニン様タンパク質を同定するための実現可能な高性能スクリーニング法を開発するために、最初にクリックケミストリーを使用してグリコシルマイクロアレイを構築しました。このうち、アジド修飾ガラクトースは室温でCuI/DIPEA触媒下で疎水性アクリルアミドと付加環化反応し、アクリルアミドがポリスチレン担体に非共有結合的に結合します。実験により、D-ガラクトシド結合リシン B 血球凝集素タンパク質がグリカン アレイによって首尾よくスクリーニングできることが示されました。 Wong のグループは、主な固定化アプローチとしてクリックケミストリーを使用した非共有結合性糖アレイも報告しました。これは、Fuc-T 阻害剤の高効率スクリーニングに使用できます。より安定した高効率のスクリーニングプログラムを開発する。

6. 免疫蛍光検出

スン・ダンら。は、新しい免疫蛍光標識法と自己蛍光検出におけるその応用を報告しました。まず、2 つの主要な化合物、6-アジド-ヘキサン酸スクシンイミド活性エステルと 4-エチニル-IV-エチル-1,8-ナフタルイミドを合成し、合成された 6-アジド-ヘキサン酸スクシンイミド活性エステルと遊離エステルのカップリングを行いました。アジドＩｇＧを取得するための抗ｈｅｒ２抗体抗ＨＰ１５のアミノ基；その後、銅による 4-エチニル-N-エチル-1,8-ナフタルイミドのイオン化により、標識抗体のアルキニル基とアジド基がクリック化学反応しました。同時に、NHS-FITC および NHS-ローダミン標識抗体を陽性対照として使用して標識法の感度を測定したところ、結果は陽性対照と同等でした。そして、細胞レベルでの染色の検出限界は 0.1 μg に達することができ、結果はアジド標識抗体が免疫蛍光染色分析に効果的に適用できることを示しています。最後に、レーザー共焦点 3 チャンネル複合蛍光分析法を使用して、さまざまな標識法とそれに対応する免疫蛍光発色法を研究し、この方法で標識された抗体が相互に干渉することなく他の免疫蛍光法と同時に使用できることを確認しました。本研究では、新たな抗体標識技術の開発により、新たな免疫蛍光抗体解析法を確立し、細胞レベルでの応用検証を行い、免疫蛍光抗体検出法の充実を図った。この方法には開発の可能性があり、将来の免疫研究における幅広い応用の可能性があります。