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上海有机所在可见光引发的基于高价碘的生物相容反应研究取得进展
2015-07-13 生命有机化学国家重点实验室 | 【】【打印】【关闭

  生物体系富含氨基酸、核苷酸、糖、核酸、蛋白质等多种生物分子,在生物体系中进行的生物相容的成键与断键反应有助于在分子水平研究生物体系。生物相容的反应需要在中性水溶液中进行,并且需要具有优秀的化学选择性与生物分子的多样反应性官能团相容。相比于离子中间体反应,自由基反应受溶剂影响小并易于在水溶液中进行。然而,自由基反应的引发传统上需要高温或紫外光,这限制了其官能团相容性。近年来可见光催化领域的研究发现可见光催化可在温和条件下引发自由基反应,从而提供了发展生物相容反应的新思路。 

  中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室的陈以昀课题组致力于发展新的可见光引发的生物相容反应,近期发展了可见光引发的生物大分子相容的脱硼炔基化反应(J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2280–2283)。硼酸能在中性水溶液中稳定存在,其较小的体积有利于用于生物分子的研究。该脱硼炔基化反应可应用于一级、二级及三级烷基硼酸,生成芳基、烷基及硅基取代的炔烃。该反应具有优秀的化学选择性,可以与含有烯烃、炔烃、醛、酮、脂、腈、叠氮、芳基卤素、烷基卤素、醇及吲哚等官能团的底物反应而无副反应的发生。此反应已被发展在中性水溶液中进行,并可与氨基酸、核苷酸、糖、核酸及蛋白质等生物分子相容,甚至在细胞裂解液中进行都不受影响 

 

  在前期发展的可见光引发的生物大分子相容的脱硼炔基化反应基础上,陈以昀课题组进一步发现高价碘化合物在可见光引发的生物相容反应中具有独特的反应性质。烯基羧酸是一类稳定并具有良好生物相容性的自由基受体,但该类底物接受自由基进攻需要过渡金属活化羧基,同时需要加热或强氧化剂促进脱羧,从而限制了其化学选择性及官能团普适性。通过核磁实验及X射线衍射研究,环状三价碘化合物能够与烯基羧酸形成新颖的三价碘-烯基羧酸中间体,在室温中性水溶液中接受烷基自由基的进攻发生烯基化反应。该脱硼脱羧烯基化反应可应用于一级、二级及三级烷基硼酸进而生成芳基及酰基取代的烯烃,具有优秀的化学选择性及官能团普适性(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1881-1884)。 

  α-酮酸是一类广泛应用的稳定酰基前体,然而过渡金属的活化酮酸脱羧反应需要加热或强氧化剂。在上述研究基础上,陈以昀课题组研究发现,环状三价碘-酮酸中间体可以有效促进酮酸脱羧,并能进一步与三价碘-炔烃化合物反应实现炔酮化反应。该可见光/高价碘双催化体系下的炔酮化反应可用于合成炔酮、炔酯及炔酰胺,并具有优秀的化学选择性及官能团普适性。该反应目前已被应用于细胞裂解液中原位低浓度合成代谢型谷氨酸受体mGlu5的抑制剂,从而为其生物体系中的应用打下了良好的基础 (Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7872) 

  上述研究工作得到国家重大科学研究计划、国家自然科学基金委面上项目、国家千人计划(青年项目)、上海浦江人才计划、生命有机化学国家重点实验室及中国科学院的资助。 

 
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