[发明专利]稠合的环辛炔化合物及其在无金属点击反应中的应用

说明书

本申请为分案申请，其原申请的申请日为2011年4月26日，申请号为201180031963.2，名称为“稠合的环辛炔化合物及其在无金属点击反应中的应用”。

技术领域

本发明涉及稠合的环辛炔化合物及其制备的方法。本发明所述稠合的环辛炔化合物可用于无金属的点击反应(click reaction)。因此，本发明还涉及通过稠合的环辛炔缀合物与包含1,3-偶极子或1,3-(杂)二烯的靶分子的反应修饰靶分子的方法。本发明还涉及环辛炔缀合物用于靶分子的生物正交(bioorthogonal)标记、成像或修饰中的用途。

背景技术

快速发展的“化学生物学”领域中的一个革命性发展涉及生命系统中的化学。生命系统中的化学涉及这样的化学反应：其在自然条件下是温和的，并且如此的快速和高产率以至于其可在大约生理pH、在水中和生物分子官能团(biomolecular functionality)附近发挥作用。这种反应可分类于术语“生物正交化学”内。在生物正交化学领域，主要有两个挑战：一、开发适合的化学(chemistry)；以及二、将其应用于活生物体中(体内)。

在化学领域，存在大量的化学反应的工具盒，可用于构建复杂的有机分子。但是，绝大多数这种反应只能在严格的无水条件下(换言之，在完全无水的情况下)实施。虽然还有极少数化学反应可在水中或有水条件下进行，但是大多数这种反应只能在体外应用，因为无法排除存在于活生物体中的其他化合物对所涉及的化学试剂的干扰。目前，只有少数化学反应能够与存在于活生物体中的其他官能团完全相容。

这种反应的一个实例是环炔和叠氮化物的环加成反应，其中一个反应称为“点击反应”。该反应已成为生物分子(例如蛋白质、脂质、聚糖等)的生物正交标记和成像、蛋白质组学和材料科学中的通用手段。本质上，一个带有叠氮化物、另一个带有张力(strained)环炔的两个独立的分子实体会通过称为张力促进的叠氮化物-炔环加成反应(SPAAC)的反应自发地结合成一个分子。用于生物正交标记的SPAAC的动力在于分离的环炔或叠氮化物对生物官能团例如胺、巯基、酸或羰基是完全惰性的，但是其结合会发生快速和不可逆的环加成反应形成稳定的三唑缀合物。例如，通过简单地搅拌所述叠氮基蛋白质与环辛炔缀合物，可将(通过在营养缺陷型细菌中表达、遗传工程或化学转化得到的)叠氮基修饰的蛋白质用生物素、荧光团、PEG-链或其他官能团容易地标记。另外，已经通过化学指示剂策略证明小尺寸的叠氮化物对于SPAAC在特定生物分子成像中的应用非常有用。

除叠氮化物外，环辛炔也显示出与其他偶极子(例如硝酮和氧化腈)的高反应性。例如，张力促进的炔-硝酮环加成反应(SPANC)应用于蛋白质的N-末端修饰。

SPAAC和SPANC环加成反应(方案1)自发进行，因此不存在(金属)催化剂，并且它们和选定数量的额外环加成反应也称为“无金属点击反应”。

现有技术中描述了几种环炔及其在生物正交标记中的应用。US2009/0068738(以引用方式纳入本文)涉及经修饰的环炔化合物以及它们用于通过可在生理条件下实施的环加成反应修饰生物分子的应用。所述环加成包括使经修饰的环炔(例如二氟化环辛炔化合物DIFO、DIFO2和DIFO3)与靶生物分子上的叠氮化物部分发生反应，产生经共价修饰的生物分子。已发现氟化物取代对于与叠氮化物的环加成具有加速效应。例如DIFO3显示出显著提高的可高达k＝76×10^-3M^-1s^-1的反应速率常数，而与之相比，未氟化体系的最大值为2.4×10^-3M^-1s^-1。

WO 2009/067663(其通过引用方式纳入本文)中公开了其中环辛炔稠合到芳基上的环辛炔化合物(苯并(benzannulated)体系)，并且这些二苯并环辛炔化合物DIBO在与叠氮化物的环加成中的反应动力学得到进一步改进(k＝0.12M^-1s^-1)。

van Delft等(Chem.Commun.2010,46,97–99)(其通过引用方式纳入本文)开发了氮杂二苯并环辛炔DIBAC，并且DIBAC在与叠氮化物的环加成中显示出进一步改进的反应动力学(k＝0.31M^-1s^-1)。