重氮唑单取代四嗪作为最佳生物正交工具的计算指导发现

单取代四嗪是重要的生物正交反应工具，因为它们与反式环辛烯快速连接。然而，它们的应用受到生物环境中反应性-稳定性悖论的限制。在这项研究中，我们证明了空间效应对于通过理论方法解决这个悖论至关重要，并开发了一种简单的合成路线来验证我们的计算结果，从而发现了 1,3-唑-4-基和 1,2-唑-3-基单取代四嗪作为优越的生物正交工具。这些新的四嗪在高反应性和更高的稳定性方面超过了以前的四嗪。最稳定的 tetrazine 表现出合理的稳定性（在细胞培养基中孵育 24 小时后剩余 71%）和极高的反应性 （k2> 104M–1s–1朝向反式环辛烯）。由于其在生物系统中的良好稳定性，含有这种四嗪侧链的非经典氨基酸通过扩展的遗传密码基因特异性编码到蛋白质中。编码的蛋白质可以在活的哺乳动物细胞中使用环丙烷融合的反式环辛烯染料进行有效标记，超快反应速率超过 107M–1s–1，使其成为迄今为止报道的最快的蛋白质标记反应之一。此外，我们通过在活体小鼠体内反应展示了它的优越性，实现了蛋白质的有效局部锚定。这些四嗪有望成为生命系统中最佳的生物正交反应工具。

服务对象 ： 北京大学
发表时间： 2024年8月20日
发表期刊： Journal of the American Chemical Society
文章链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c07958