重氮化合物在化學(xué)生物學(xué)中的運(yùn)用

重氮化合物在化學(xué)生物學(xué)中的運(yùn)用摘要: 重氮化合物的制備方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。重疊化合成物在化學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用：環(huán)加成反應(yīng)、作為探針研究生物分子、蛋白質(zhì)的烷基化、生物可逆蛋白質(zhì)修飾、生成卡賓對(duì)肽和蛋白質(zhì)的修飾和核酸的烷基化。關(guān)鍵詞：重氮化合物、化學(xué)生物學(xué)、蛋白質(zhì)近日，來(lái)自威斯康星大學(xué)麥迪遜分校（University of WisconsinMadison）的Ronald T. Raines教授在ACS Chemical Biology雜志上發(fā)表綜述文章介紹了重氮化合物在化學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用1（Diazo Compounds: Versatile Tools for Chemical Biology）。相信學(xué)化學(xué)的同學(xué)們對(duì)重氮化合物肯定不陌生?，F(xiàn)在，我簡(jiǎn)要粗略的梳理一下這篇綜述。我們先仰望一下這位本科畢業(yè)于麻省理工，博士畢業(yè)于哈佛的通訊作者Ronald T. Raines教授。綜述開(kāi)篇，作者先是簡(jiǎn)要介紹了一下什么是重氮化合物（R1R2C=N2），以及重氮化合物相對(duì)疊氮化合物（R1R2CH-N3）在生物學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，比如體積更小和更廣泛的反應(yīng)活性。與疊氮化合物另一個(gè)不同點(diǎn)是，自然界存在著含有重氮基團(tuán)的天然產(chǎn)物，作者列舉了含有重氮基團(tuán)的氨基酸，以及兩類活性顯著的天然產(chǎn)物kinamycins和lomaiviticins（結(jié)構(gòu)如下圖）。作者接著就重氮化合物的制備方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。主要概括：(i) 重氮基轉(zhuǎn)移2,3；(ii) 胺類直接重氮化4,5；(iii) 腙類分解或氧化6,7；(iv) N-亞硝基化合物重排8,9；(v) 1,3-二取代?；悍纸?0,12；(vi) 來(lái)自其他重氮化合物13-17。盡管在有機(jī)化學(xué)上有許多制備重氮化合物的方法，但是在化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中也受到很大限制，這主要受制于重氮化合物的多官能團(tuán)兼容性以及水溶性。當(dāng)然作者也不忘推廣一下自己開(kāi)發(fā)的從疊氮化合物制備重氮化合物的方法，該方法一定程度上提高了反應(yīng)的水溶性。接下，我們可以了解到疊氮化合物的應(yīng)用。應(yīng)用之一是環(huán)加成反應(yīng)。這和疊氮化合物與炔類化合物的反應(yīng)類似，都是1,3-偶極環(huán)合反應(yīng)。不同的是，重氮化合物的反應(yīng)活性和速度更容易得到控制。作者分別比較了重氮化合物和疊氮化合物對(duì)相同炔類化合物的反應(yīng)速度。應(yīng)用之二是作為探針研究生物分子。作者又列舉了自己課題組之前的研究結(jié)果，介紹了應(yīng)用重氮化合物研究細(xì)胞膜表面糖基化的案例。另外，重氮化合物在特定紫外光照射下會(huì)產(chǎn)生碳烯與蛋白質(zhì)發(fā)生共價(jià)作用，因此其在光親和探針?lè)肿宇I(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，這部分內(nèi)容作者也就沒(méi)有特別贅述。應(yīng)用之三是蛋白質(zhì)的烷基化。作者提到穩(wěn)定的重氮試劑能夠?qū)︳驶M(jìn)行烷基化，是研究蛋白質(zhì)化學(xué)和酶學(xué)的重要工具。重氮試劑對(duì)蛋白質(zhì)的修飾已有百年歷史。作者列舉出了從1914年開(kāi)始的各種用于修飾蛋白質(zhì)的重氮試劑。應(yīng)用之四是生物可逆蛋白質(zhì)修飾。這個(gè)應(yīng)用可以說(shuō)是重氮化合物對(duì)蛋白質(zhì)修飾的一種延伸。所謂生物可逆則依賴于細(xì)胞內(nèi)大量存在的酯酶。經(jīng)重氮化合物修飾后的蛋白質(zhì)含有酯鍵，酯鍵經(jīng)酯酶水解可以得到原有蛋白質(zhì)。這種策略可以實(shí)現(xiàn)一些蛋白分子的遞送。應(yīng)用之五是生成卡賓對(duì)肽和蛋白質(zhì)的修飾。早期的不對(duì)稱化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，重氮化合物在手性過(guò)渡金屬催化下可以產(chǎn)生卡賓?？ㄙe又可以對(duì)肽和蛋白質(zhì)發(fā)生插入反應(yīng)。利用這一特點(diǎn)可以對(duì)蛋白質(zhì)的特殊位點(diǎn)的氨基酸殘基進(jìn)行修飾。應(yīng)用之六是核酸的烷基化。二價(jià)銠試劑可以催化重氮酯化合物產(chǎn)生卡賓，卡賓可以對(duì)核酸堿基環(huán)外N-H鍵進(jìn)行插入反應(yīng)。應(yīng)用該策略可以在核酸上引入各種報(bào)告基團(tuán)實(shí)現(xiàn)對(duì)核酸的檢測(cè)。另外，重氮香豆素可以對(duì)RNA的磷酸基團(tuán)進(jìn)行烷基化修飾，修飾后的RNA在紫外光照射下又可以脫除修飾基團(tuán)得到原來(lái)的RNA。這種方法在RNA干擾領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。文末，作者再一次強(qiáng)調(diào)了重氮化合物在化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域中較疊氮化合物的優(yōu)勢(shì)，并認(rèn)為重氮化合物在未來(lái)探索生物學(xué)過(guò)程和人類疾病當(dāng)中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。說(shuō)真的，如果我沒(méi)有看到這篇綜述我還真不知道重氮化合物在化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中有這么廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1Kalie A. 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