Click On, Click Off：点击化学为生化工具包再添“新武器”

化学键的形成和断裂、分子单元的耦合和解耦是有机化学中最基本的过程，而有机合成化学就是把这些最基本的过程合理地组合起来并加以应用，其中的挑战永远都是活性、选择性以及如何实现可控。最近，美国德克萨斯大学奥斯汀分校（UT Austin）的Eric V. Anslyn教授（点击查看介绍）课题组在Nature Chemistry上发表文章，报道了他们课题组在click反应和化学引发的declick反应方面的新进展。作者采用米氏酸衍生物作为简单的共轭受体，在中性pH的水溶液中有序地和胺类以及硫醇发生click反应，随后，通过化学引发的declick反应释放出原来的胺或者硫醇而不受干扰。该反应之所以不同于其它的交叉偶联，是因为共轭受体和胺加成以后改变了亲电性进而影响了顺序官能团化的活性。作者还把该反应过程用于蛋白质的修饰、多组分化合物库的合成以及寡聚物的合成，在这些过程中，当需要时都可以以可控的方式实现和起始组分的declick。由于条件温和，便于操作，该反应过程预计将有广泛的应用前景。（Click and chemically triggered declick reactions through reversible amine and thiol coupling via a conjugate acceptor. Nature Chem., 2016, 8, 968-973, DOI: 10.1038/nchem.2601）

Anslyn教授。图片来源：University of Texas at Austin

Click Chemistry（“点击化学”、“链接化学”或“动态组合化学”）是由诺奖得主K. B. Sharpless于2001年提出的一个合成概念，用于描述各种化学连接的方法，指的是无需广泛的前期衍生化、无需过柱分离副产物，能以高收率实现模块单元连接的过程。通俗地讲，就是在温和条件（常温常压或者在空气中，良性溶剂如水）下简洁高效实现化学键的形成或者化学分子单元的耦合。主要有4种反应类型：环加成反应、亲核开环反应、非醇醛的羰基化学以及碳碳多键的加成反应。目前文献报道广泛应用的click反应是通过Cu催化，炔基与叠氮基反应生成区域选择性的1,4-三唑。

在创建动态共价键组合的过程中，Eric V. Anslyn课题组正在开发的可逆1,4-共轭加成来活化α,β-不饱和羰基化合物，其中一个目标就是增加反应速率，这往往需要几周的时间来平衡。作者以前的一个策略表明，和单活化的α,β-不饱和体系相比，双活化的体系能加速反应。在这些研究中他们检测了米氏酸（Meldrum acid）衍生物和胺共轭加成产生化合物2的潜在应用价值，化合物2会在水介质中和硫醇发生更快速的动态交换。更重要的是，作者尝试了加入二硫苏糖醇（dithiothreitol，DTT），和化合物3的加成可以释放出最初的胺和硫醇，这就使得化合物1和任何亲核的胺或者硫醇都可以发生click反应，接着和DTT发生化学引发的declick反应。因此，类似Sharpless提出的click反应的概念，Eric V. Anslyn课题组也提出了declick反应的概念，即使用温和的商业可得的试剂，以平和的方式和定量的产率释放出原来click反应中的partner。

图1. 胺和硫醇对共轭受体的加成反应通式。图片来源：Nature Chem.

共轭受体化合物1还可以用于在超分子化学背景下，在水溶液中和胺或者硫醇反应，这样一个策略在点击化学中是一个非常重要的工具，因为巯基加成的可逆性可以当做客体的模板来发现或者寻找受体。比如说，作者就把化合物1和1,3,5-三氨甲基放在一起反应合成新的共轭受体化合物6，6和3个当量的N-乙酰基半胱氨酸（N-acetylcysteine，NAC）发生反应，替换掉3个硫醇得到化合物7，7再和3个当量的3-巯基丙酸（3-mercaptopropionic acid，MPA）反应，就可以得到NAC和MPA不同比例的3种产物。反应平衡6天以后，加入DTT就可以终止反应。

图2. 共轭受体1被用于分支组装。图片来源：Nature Chem.

作者还进一步地尝试了把化合物1作为动态的锚用于固相合成中硫醇R基的多样性衍生化。1,3,5-三氨甲基苯和TentaGel SBr树脂反应，通过只和三胺化合物中的一个胺基反应来固定化合物骨架得到化合物11。11中另外两个一级胺和化合物1反应生成带有2个米氏酸单元的化合物12，引入了共轭受体，然后会和5个不同的硫醇发生反应，平衡3天以后，甲基硫醇可以洗脱除去，接着树脂用DTT处理，就可以拿掉结合的硫醇。反应可以通过LCMS检测，所有的硫醇都几乎原样没有变化。这就说明，化合物1可以在固相上用于分子衍生化，当然可以通过DTT来declick反应。（详情参考SI）

图3. 共轭受体1用于固相上分子衍生化。图片来源：Nature Chem.

该化合物1还可以用于小分子或者其它肽类对肽类的衍生化（图4），还可以用来合成不同长度的寡聚物（图5）。

图4. 共轭受体1用于肽类的衍生化。图片来源：Nature Chem.

图5. 共轭受体1用于寡聚物的合成。图片来源：Nature Chem.

不过，本文的一作Katharine L. Diehl也承认该反应有一些局限性，比如说为了避免两个胺加成必须在水相中反应，而共轭受体的水溶性又不好，加入了乙腈作为混合溶剂，而且作者也不得不容忍少量双胺加成产物的生成。反应速率也较慢，通过加热来提速又会产生较多的副反应。但是，对于某个特定的体系来说，进行进一步的优化也还是可能的。

美国亚利桑那大学John Jewett教授评价“这是一个强大的新的技术”，它将使化学生物学家随意地对大分子进行组装、重组和拆解。较长的反应时间和需要加入DTT使John Jewett有些许担忧，但他认为该反应的局限性将来会得到解决。

总结：

Eric V. Anslyn课题组采用米氏酸衍生物作为简单的共轭受体，在中性pH的水溶液中有序地和胺类以及硫醇发生click反应，随后和DTT反应，可以通过化学引发的declick反应释放出原来的胺或者硫醇而不受干扰。虽然是简单的共轭加成、逆共轭加成反应，但该方法可以高效地用于固相合成，还可以用于肽类的衍生化或者寡聚物的合成，具有非常广阔的应用前景。

http://www.nature.com/nchem/journal/v8/n10/full/nchem.2601.html

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