2H-氮雜環丙烯的雙官能化反應及潛在的生物偶聯應用
在生物連接領域，2H-氮雜環丙烯作為潛在的雙官能化連接體可與半胱氨酸衍生物反應。抗體偶聯藥物（ADC），是一種將藥物負載和抗體蛋白通過化學連接體連接在一起的化學藥物綴合物。其中，連接體作為抗體偶聯藥物中的重要組成部分，近年來也引起了眾多科研工作者的興趣。而半胱氨酸作為一種含硫的胺基酸廣泛存在於生物體中，游離的殘基存在於多種抗體表面。所以對於半胱氨酸類的衍生物的修飾，在醫藥分子領域意義頗深。近期，姜耀甲教授課題組基於前期在光催化2H-氮雜環丙烯醯胺類化合物合成方面的研究，設計了一種2H-氮雜環丙烯醯胺類化合物，可用作新型的雙硫醇鍵官能化試劑。在反應過程中斷開2H-氮雜環丙烯的碳氮雙鍵，通過硫醇類化合物的加成並開環，可作為雙官能化連接體在生物化學領域有較大的潛在應用價值。
首先，作者嘗試了一系列具有不同官能團的2H-氮雜環丙烯類化合物以探究該反應的底物適用性。實驗結果表明這些底物反應得到的雙硫開環產物都具有良好的收率。其中，醯胺類的2H-氮雜環丙烯的收率可達到85%。
（來源：Org. Lett.）
隨後，作者在最優反應條件下探索了不同取代基的硫醇化合物的反應情況。很多含有用官能團的硫醇都可以反應得到相應產物。其中具有富電子基團的苯硫酚的反應效果更好，並且開環後的雙官能化的產物收率可以達到92%-94%。
（來源：Org. Lett.）
基於以上實驗結果，作者提出了該反應的可能路徑。苯硫酚進攻2H-氮雜環丙烯的碳氮雙鍵，產生兩種中間體（烯醯胺4aa和氮雜環丙烷5aa）。為了驗證假設，作者在標準反應條件下獨立檢測4aa和5aa與1a的反應。發現只有氮雜環丙烷5aa可以完全與2a反應得到所需的產物3aa，收率為78%，該結果驗證了氮雜環丙烷中間體5aa是經過路徑B反應得到最終產物的。
同時，為了進一步證明該方法在生物化學中應用的實用性，作者嘗試探索半胱氨酸衍生物與2H-氮雜環丙烯的反應。作者研究了苯環對位帶有甲氧基，氯代和氰基官能團的不同2H-氮雜環丙烯的反應情況。實驗結果顯示，對甲氧基的2H-氮雜環丙烯能在與半胱氨酸的反應中完全轉化，並達到了很高的收率（分離收率達到了87%）。
在確定了所需要的半胱氨酸連接體後，作者嘗試了多條含有游離巰基的不同的多肽鏈，反應均可在室溫條件下的水溶液中反應，並且對於氨基，羥基，羧基等其他胺基酸殘基有很好的耐受性。
總而言之，作者已經開發出了一種通過硫醇加成促使2H-氮雜環丙烯開環的方法，並且這種2-甲氧羰醯胺的2H-氮雜環丙烯可用作新型的生物相容性雙功能硫醇的連接體。該連接反應所需要的反應條件溫和且具有廣泛的底物範圍，不需要加入任何催化劑且具有優異的化學選擇性。該方法對於其他的親核官能團都具有很好的耐受性，所構建出的抗體偶聯藥物雙官能化的連接體具有很大的應用前景。
該項研究成果發表於Organic letters（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c00415），碩士生陳陽是該文章第一作者。該項研究得到了國家自然科學基金面上基金（21971112）、江蘇省自然科學基金面上項目（BK20160977）的資助，同時還得到南京工業大學的科研啟動經費支持。