Double click

Az előző rész tartalmából: click, süti, vita, 1,4-, Cu(I), józan ész, van, nincs, effektív.

A click reakcióban az volt a nagy dobás, hogy a Cu(I)-katalízis bevezetésével egyszerre lett a reakció szelektív és enyhébb körülményeket igénylő: a Cu(I)-katalízis következtében kizárólag 1,4-szubsztituált triazolok keletkeznek az eredeti (termikusan kapott) izomerelegy helyett gyakran akár szobahőmérsékleten. De mi van a másik izomerrel? Ő mostohagyerek lett? Néhány évvel később sikerült megoldást találni az 1,5-diszubsztituált triazol szintézisére is, amikoris a reakciót ruténium(II)-komplexekkel katalizálták (ruténium katalizálta azid-alkin cikloaddíció, röviden RuAAC):

Annak az oka, hogy utóbbi kevésbé terjedt el, az az, hogy a ruténium a legdrágább és legritkább fémek közül való (mindössze 12 tonnát bányásznak egy évben), míg a réz olcsó és gyakori:

Ugyanakkor sok alkalmazás szempontjából teljesen mindegy, hogy a triazol linker 1,4- vagy 1,5-diszubsztituált-e. Ettől függetlenül tudományos, és alkalmazásokat tekintve pedig gyógyszerkémiai jelentősége lehet a RuAAC által előállított 1,5-szubsztituált-1,2,3-triazoloknak. További előnye ennek a módszernek, hogy ezzel már nem csak terminális (a hármas kötést a lánc végén tartalmazó) acetilének reagáltathatóak, hanem internálisak is (ahol a lánc közben található a hármas kötés), ekkor 1,4,5-tri (vagy ha jobban tetszik: per)szubsztituált triazolok keletkeznek:

 A reakció érdekessége, hogy szemben a Cu-katalizált testvérkével, nem viseli jól a protikus oldószereket (alkoholok, víz); alig érzékeny az acetilén szubsztituenseire, viszont az azidokat tekintve már finnyásabb: a primer azidokat szereti legjobban.

És ahogy az előző részben már ígértem, elkezdek írni az alkalmazásokról. A biokonjugáció az, amikor egy bio(lógiai szempontból fontos)molekulát valamilyen (pl. fluoreszcens vagy radioaktív) jelzőcsoporttal szeretnénk ellátni, nagy jelentőséggel bír, és ez lett a click kémia egyik nagy felvevőpiaca is. Lehet ezt in vivo (élő sejtben, szervezetben) vagy in vitro (szerintem köcsögben-nek kell fordítani, de elfogadottabb a lombikban kifejezés) csinálni. In vitro biokonjugációra első közelítésben kiválóan alkalmas a rézkatalizált click reakció. A reakció sémája ugyanaz, mint egy hónapja, csak most A illetve B helyébe egy biomolekulát illetve egy jelzőcsoportot fantáziálunk:

Ahhoz, hogy egy ilyen jelölést élő szervezetben is meg lehessen valósítani (ne csak köcsögben), legalább három kritériumnak kell megfelelnie a használni kívánt metódusnak: enyhe körülmények között (közel szobahőmérséklet), vizes oldatban, gyorsan végbe kell mennie (ez eddig egy :)), nem léphet reakcióba a sejtben megtalálható összes többi funkciós csoporttal, végül nem lehet toxikus a biológiai rendszerre, amiben alkalmazzunk (hogy in vivo maradjon a kísérlet :)). Ezt hívjuk úgy, hogy a módszer bioortogonális. Na ezen az utolsó ponton bukik el a RÉZkatalizált click reakció. (Off. Muszáj elmesélnem, friss az élmény és ide is kapcsolódik. Épp egy konferenciáról térek haza, ahol az utolsó előadó egy egyetemista vagy doktoráns ifjú titán volt, aki épp a click reakció egy aspektusáról beszélt. Az előadás végén egy neves és ismert nála idősebb tudós megkérdezte, hogy és mennyi a termék rézszennyezése. Az ifjú padavan pontosan válaszolt hogy ennyi és ennyi ppm, majd hozzátette: „különben meg a réz biogén elem, nem félünk tőle.” Mi azért maradjunk annyiban, hogy in vivo nem fogunk rézkatalizált reakcióval biomolekulákat jelölni.)

Akkor nyúljunk vissza az eredeti Huisgen reakcióhoz, melyhez nem kell réz. Ugyan általában termékelegyet szolgáltat, ahogy már utaltam rá, vannak olyan alkalmazások, amelyek szempontjából az 1,2,3-triazol csoport szubsztitúciójának helye teljesen mindegy, még a „keverék” (regioizomer elegy) is tökéletesen megteszi. (Hogy a biológusoknak mindegy, az nem azért van, mert ők igénytelenek, vagy észre sem veszik a különbséget, hanem mert… mert… :D)

De ha kidobjuk a rezet, akkor meg ott a magas aktiválási gát… Sokminden lesz a reakció szobahőmérsékleten, csak éppen nem gyors (emlékezz! A reakciósebességi együttható Arrhenius óta exponenciálisan függ az aktválási gát nagyságától). Kell valami nemrezes megoldás. Ha felmászunk a gát magasságának feléig-kétharmadáig, akkor már csak a maradékot kell megugrani a reakciónak. Vagyis legyen magasabb alapállapotú energiájú az acetilénünk. Legyen egy nem túl stabil, tehát magas energiájú feszült gyűrű! Igen! Legyen a hajtóerő egy gyűrűfeszültség megszűnése! A legkisebb létező gyűrűs acetilén a ciklooktin, mely igen feszült gyűrűvel rendelkezik (a feszültség oka a kötésszög eltérése az ideális 180°-tól). A gyűrűben annyi feszültség van, ami elegendő az acetilén aktiválására katalizátor nélkül is. A reakciót úgy fedezték fel, hogy amikor 1961-ben Wittig és Krebs összekevertek ciklooktint fenilaziddal, az elegy robbanásszerűen elreagált. A robbanásszerű egyesülést a megszűnő 18 kcal/molos gyűrűfeszültség okozza. Lesz itt elég hajtóerő… :D

A ciklooktin difluorozott (DIFO) vagy diarilezett (DBCO) származákai még nagyobb reakciókészséggel bírnak, mint a szubsztituálatlan ciklooktin. 

A kapcsolás további előnye, hogy hosszú életidejű, nem hasad el. Vagy-vagy, az arilezett-fluorozott származékok instabilnak bizonyultak:

A difluorozott származékkal élő sejtekben is használták, mégpedig a zebrahal embriójában és aranyhörcsög petefészek sejtjeiben:

Ui. A réz(I) használata főleg a DNS módosításánal bizonyult problematikusnak, mert lánctöréshez vezetett. Azonban a komlexált réz(I) ionok használata orvosolta ezt a problémát, effektív nukleinsav módosítást lehetővé téve. Itt egy ilyen rézkomplexet mutatunk, mely egyrészt nagy aktivitású click katalizátor, másrészt nem károsítja a DNS-t. Ha mégsem szeretnénk izomerelegyet... ;)