బయోఆర్థోగోనల్ కెమిస్ట్రీ

From LTRC

బయోఆర్థోగోనల్ కెమిస్ట్రీ (Bioorthogonal chemistry) అనే పదం, సహజ జీవరసాయన ప్రక్రియలకు ఆటంకం కలిగించకుండా జీవ వ్యవస్థల (living systems) లోపల జరగగలిగే ఏదైనా రసాయన చర్య (chemical reaction) ను సూచిస్తుంది.[1][2][3] ఈ పదాన్ని 2003లో కరోలిన్ ఆర్. బెర్టోజ్జీ (Carolyn R. Bertozzi) రూపొందించారు.[4][5] దీని ఆవిష్కరణ తర్వాత, బయోఆర్థోగోనల్ చర్య అనే భావన గ్లైకాన్లు, ప్రోటీన్లు,[6] మరియు లిపిడ్ల[7] వంటి జీవ అణువులను కణ విషపూరితం (cellular toxicity) కాకుండా, జీవ వ్యవస్థలలో నిజ సమయంలో అధ్యయనం చేయడానికి వీలు కల్పించింది. బయోఆర్థోగోనాలిటీ అవసరాలను తీర్చే అనేక కెమికల్ లైగేషన్ (chemical ligation) వ్యూహాలు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి, వీటిలో అజైడ్లు మరియు సైక్లోఆక్టైన్ల మధ్య 1,3-డైపోలార్ సైక్లోఎడిషన్ (దీనిని కాపర్-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీ అని కూడా పిలుస్తారు),[8] నైట్రోన్లు మరియు సైక్లోఆక్టైన్ల మధ్య చర్య,[9] ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల నుండి ఆక్సిమ్/హైడ్రాజోన్ నిర్మాణం,[10] టెట్రాజైన్ లైగేషన్,[11] ఐసోసయనైడ్-ఆధారిత క్లిక్ చర్య,[12] మరియు అత్యంత ఇటీవల, క్వాడ్రిసైక్లేన్ లైగేషన్ ఉన్నాయి.[13]

బయోఅర్థోగోనల్ కెమిస్ట్రీ వినియోగం సాధారణంగా రెండు దశల్లో జరుగుతుంది. మొదట, ఒక సెల్యులార్ సబ్‌స్ట్రేట్ బయోఅర్థోగోనల్ ఫంక్షనల్ గ్రూప్ (కెమికల్ రిపోర్టర్) తో మార్పు చేయబడి కణంలోకి ప్రవేశపెట్టబడుతుంది; సబ్‌స్ట్రేట్లలో మెటాబోలైట్లు, ఎంజైమ్ ఇన్హిబిటర్లు మొదలైనవి ఉంటాయి. కెమికల్ రిపోర్టర్ దాని జీవక్రియను ప్రభావితం చేయకుండా ఉండటానికి సబ్‌స్ట్రేట్ నిర్మాణాన్ని గణనీయంగా మార్చకూడదు. రెండవది, సబ్‌స్ట్రేట్‌తో చర్య జరపడానికి మరియు లేబుల్ చేయడానికి కాంప్లిమెంటరీ ఫంక్షనల్ గ్రూప్‌ను కలిగి ఉన్న ప్రోబ్ ప్రవేశపెట్టబడుతుంది.

కాపర్-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీ వంటి సమర్థవంతమైన బయోఅర్థోగోనల్ చర్యలు అభివృద్ధి చేయబడినప్పటికీ, ఒకే బయోసిస్టమ్స్‌లో బహుళ లేబులింగ్ పద్ధతులను ఉపయోగించడానికి వీలుగా లేబులింగ్ కోసం కొత్త ఆర్థోగోనల్ పద్ధతులను రూపొందించే ప్రయత్నాలు కొనసాగుతున్నాయి. కరోలిన్ ఆర్. బెర్టోజ్జీ తన క్లిక్ కెమిస్ట్రీ మరియు బయోఅర్థోగోనల్ కెమిస్ట్రీ అభివృద్ధికి గాను 2022లో కెమిస్ట్రీలో నోబెల్ బహుమతిని అందుకున్నారు.[14]

వ్యుత్పత్తి (Etymology)

బయోఅర్థోగోనల్ అనే పదం గ్రీకు భాషా పదాలైన bio- "జీవం" మరియు orthogōnios "లంబ కోణం" నుండి వచ్చింది. అంటే అక్షరాలా ఒక జీవ వ్యవస్థకు లంబంగా వెళ్లే చర్య, తద్వారా అది జీవ వ్యవస్థకు ఎటువంటి ఆటంకం కలిగించదు.

బయోఅర్థోగోనాలిటీ కోసం అవసరాలు

బయోఅర్థోగోనల్‌గా పరిగణించబడాలంటే, ఒక చర్య అనేక అవసరాలను తీర్చాలి:

  • సెలెక్టివిటీ (ఎంపిక): జీవసంబంధమైన సమ్మేళనాలతో దుష్ప్రభావాలను నివారించడానికి ఎండోజినస్ ఫంక్షనల్ గ్రూపుల మధ్య చర్య ఎంపిక చేయబడినదిగా ఉండాలి.
  • జీవసంబంధమైన జడత్వం (Biological inertness): రియాక్టివ్ భాగస్వాములు మరియు ఏర్పడే అనుసంధానం అధ్యయనం చేయబడుతున్న జీవి యొక్క సహజ రసాయన కార్యాచరణకు అంతరాయం కలిగించే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండకూడదు.
  • రసాయన జడత్వం (Chemical inertness): కోవలెంట్ బంధం బలంగా ఉండాలి మరియు జీవ చర్యలకు జడంగా ఉండాలి.
  • కైనటిక్స్ (గతిశాస్త్రం): ప్రోబ్ జీవక్రియ మరియు క్లియరెన్స్‌కు ముందే కోవలెంట్ లైగేషన్ సాధించేలా చర్య వేగంగా ఉండాలి. తక్కువ సమృద్ధిగా ఉన్న జాతుల చిన్న సంకేతాలను తగ్గించే చర్యలలో పోటీని నివారించడానికి, కణ ప్రక్రియల కాలపరిమితిలో (నిమిషాల్లో) చర్య వేగంగా ఉండాలి. వేగవంతమైన చర్యలు డైనమిక్ ప్రక్రియలను ఖచ్చితంగా ట్రాక్ చేయడానికి అవసరమైన వేగవంతమైన ప్రతిస్పందనను కూడా అందిస్తాయి.
  • చర్య బయోకాంపాటబిలిటీ: చర్యలు విషపూరితం కాకూడదు మరియు pH, జల వాతావరణం మరియు ఉష్ణోగ్రతను పరిగణనలోకి తీసుకుని జీవ పరిస్థితులలో పనిచేయాలి. బయోఅర్థోగోనల్ కెమిస్ట్రీ లైవ్ యానిమల్ మోడల్స్‌కు విస్తరిస్తున్నందున ఫార్మాకోకైనటిక్స్ పెరుగుతున్న ఆందోళనగా మారింది.
  • యాక్సెసిబుల్ ఇంజనీరింగ్: కెమికల్ రిపోర్టర్ ఏదో ఒక రూపంలో మెటబాలిక్ లేదా ప్రోటీన్ ఇంజనీరింగ్ ద్వారా బయోఅణువులలోకి చేర్చబడాలి. ఆదర్శవంతంగా, ఫంక్షనల్ గ్రూపులలో ఒకటి చాలా చిన్నదిగా ఉండాలి, తద్వారా అది సహజ ప్రవర్తనకు ఆటంకం కలిగించదు.

స్టాడింగర్ లైగేషన్

స్టాడింగర్ లైగేషన్ అనేది 2000లో బెర్టోజ్జీ గ్రూప్ అభివృద్ధి చేసిన చర్య, ఇది అజైడ్లు మరియు ట్రైఅరిల్ ఫాస్ఫైన్ల యొక్క క్లాసిక్ స్టాడింగర్ చర్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది.[15] ఇది పూర్తిగా అబియోటిక్ ఫంక్షనల్ గ్రూపులతో కూడిన మొదటి చర్యగా బయోఅర్థోగోనల్ కెమిస్ట్రీ రంగాన్ని ప్రారంభించింది, అయినప్పటికీ ఇది ఇప్పుడు అంత విస్తృతంగా ఉపయోగించబడటం లేదు. స్టాడింగర్ లైగేషన్ సజీవ కణాలలో మరియు సజీవ ఎలుకలలో ఉపయోగించబడింది.[5]

బయోఅర్థోగోనాలిటీ

అజైడ్ ఒక సాఫ్ట్ ఎలక్ట్రోఫైల్గా పనిచేయగలదు, ఇది ఫాస్ఫైన్ల వంటి సాఫ్ట్ న్యూక్లియోఫైళ్లను ఇష్టపడుతుంది. ఇది సాధారణంగా హార్డ్ న్యూక్లియోఫైల్స్ అయిన చాలా జీవసంబంధమైన న్యూక్లియోఫైళ్లకు భిన్నంగా ఉంటుంది. స్థిరమైన ఉత్పత్తిని అందించడానికి నీటి-సహన పరిస్థితులలో చర్య ఎంపిక చేయబడినదిగా జరుగుతుంది.

ఫాస్ఫైన్లు జీవ వ్యవస్థలలో పూర్తిగా ఉండవు మరియు స్వల్ప తగ్గింపు సామర్థ్యం ఉన్నప్పటికీ డైసల్ఫైడ్ బంధాలను తగ్గించవు. అజైడ్లు అజైడోథైమిడిన్ వంటి FDA-ఆమోదిత మందులలో మరియు క్రాస్ లింకర్లుగా ఇతర ఉపయోగాల ద్వారా బయోకాంపాటబుల్ అని చూపబడ్డాయి. అదనంగా, వాటి చిన్న పరిమాణం సెల్యులార్ మెటబాలిక్ మార్గాల ద్వారా బయోఅణువులలో సులభంగా చేర్చబడటానికి అనుమతిస్తుంది.

మెకానిజం

క్లాసిక్ స్టాడింగర్ చర్య

న్యూక్లియోఫిలిక్ ఫాస్ఫైన్ ఎలక్ట్రోఫిలిక్ టెర్మినల్ నైట్రోజన్ వద్ద అజైడ్‌పై దాడి చేస్తుంది. నాలుగు-సభ్యుల పరివర్తన స్థితి ద్వారా, అజా-యిలైడ్ ఏర్పడటానికి N2 కోల్పోతుంది. అస్థిరమైన యిలైడ్ హైడ్రోలైజ్ చేయబడి ఫాస్ఫైన్ ఆక్సైడ్ మరియు ప్రైమరీ అమైన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. అయితే, ఈ చర్య వెంటనే బయోఅర్థోగోనల్ కాదు ఎందుకంటే హైడ్రోలిసిస్ అజా-యిలైడ్‌లోని కోవలెంట్ బంధాన్ని విచ్ఛిన్నం చేస్తుంది.

స్టాడింగర్ లైగేషన్

తక్షణ హైడ్రోలిసిస్‌ను అధిగమించడానికి అజా-యిలైడ్‌ను కొత్త మార్గంలో నడిపించడానికి ఫాస్ఫరస్ పరమాణువుకు ఆర్థోగా ఉన్న ఎస్టర్ గ్రూపును చేర్చడానికి ఈ చర్య మార్చబడింది. అజైడ్‌పై ప్రారంభ న్యూక్లియోఫిలిక్ దాడి రేటు-నిర్ణయించే దశ. యిలైడ్ ఐదు-సభ్యుల రింగ్‌ను ఏర్పరచడానికి ఇంట్రామోలిక్యులర్ సైక్లైజేషన్ ద్వారా ఎలక్ట్రోఫిలిక్ ఎస్టర్ ట్రాప్‌తో చర్య జరుపుతుంది. ఈ రింగ్ స్థిరమైన అమైడ్ బంధాన్ని ఏర్పరచడానికి హైడ్రోలిసిస్‌కు లోనవుతుంది.

పరిమితులు

ఫాస్ఫైన్ రియాజెంట్లు జీవ వ్యవస్థలలో నెమ్మదిగా గాలి ఆక్సీకరణకు లోనవుతాయి. అదనంగా, అవి ఇన్ విట్రోలో సైటోక్రోమ్ P450 ఎంజైమ్‌ల ద్వారా జీవక్రియ చేయబడే అవకాశం ఉంది.

చర్యల కైనటిక్స్ 0.0020 M−1•s−1 చుట్టూ సెకండ్ ఆర్డర్ రేట్ స్థిరాంకాలతో నెమ్మదిగా ఉంటాయి. ఫాస్ఫైన్‌లకు ఎలక్ట్రాన్-డొనేటింగ్ గ్రూపులను జోడించడం ద్వారా న్యూక్లియోఫిలిక్ దాడి రేట్లను పెంచే ప్రయత్నాలు కైనటిక్స్‌ను మెరుగుపరిచాయి, కానీ గాలి ఆక్సీకరణ రేటును కూడా పెంచాయి.

పేలవమైన కైనటిక్స్ కారణంగా అధిక సాంద్రత కలిగిన ఫాస్ఫైన్‌లను ఉపయోగించాల్సి ఉంటుంది, ఇది ఇమేజింగ్ అప్లికేషన్లలో అధిక నేపథ్య సంకేతంతో సమస్యలకు దారితీస్తుంది. ఫ్లోరోసెయిన్ మరియు లూసిఫెరిన్ ఆధారిత ఫ్లోరోజెనిక్ ఫాస్ఫైన్ రియాజెంట్ల అభివృద్ధి ద్వారా అధిక నేపథ్య సమస్యను ఎదుర్కోవడానికి ప్రయత్నాలు జరిగాయి, కానీ అంతర్గత కైనటిక్స్ ఒక పరిమితిగా మిగిలిపోయింది.[16]

కాపర్-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీ

ప్రధాన వ్యాసం: Copper-free click chemistry కాపర్-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీ అనేది కార్ల్ బారీ షార్ప్‌లెస్ మరియు ఇతరుల పని ఆధారంగా, అజైడ్ ఆల్కైన్ హ్యూస్‌జెన్ సైక్లోఎడిషన్ యొక్క యాక్టివేటెడ్ వేరియంట్‌గా కరోలిన్ బెర్టోజ్జీ మొదట అభివృద్ధి చేసిన బయోఅర్థోగోనల్ చర్య. CuAAC వలె కాకుండా, Cu-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీ విషపూరితమైన కాపర్ ఉత్ప్రేరకాన్ని తొలగించడం ద్వారా బయోఅర్థోగోనల్‌గా మార్చబడింది, ఇది చర్య త్వరగా మరియు సజీవ కణాల విషపూరితం లేకుండా సాగడానికి అనుమతిస్తుంది. కాపర్‌కు బదులుగా, ఈ చర్య స్ట్రెయిన్-ప్రమోటెడ్ ఆల్కైన్-అజైడ్ సైక్లోఎడిషన్ (SPAAC). ఇది స్టాడింగర్ లైగేషన్‌కు వేగవంతమైన ప్రత్యామ్నాయంగా అభివృద్ధి చేయబడింది, మొదటి తరాలు అరవై రెట్లు వేగంగా స్పందించాయి. చర్య యొక్క బయోఅర్థోగోనాలిటీ Cu-ఫ్రీ క్లిక్ చర్యను కల్చర్డ్ కణాలు, సజీవ జీబ్రా ఫిష్ మరియు ఎలుకలలో వర్తింపజేయడానికి అనుమతించింది.

కాపర్ విషపూరితం

క్లాసిక్ కాపర్-ఉత్ప్రేరక అజైడ్-ఆల్కైన్ సైక్లోఎడిషన్ బయోకాంజుగేషన్ కోసం చాలా వేగవంతమైన మరియు ప్రభావవంతమైన క్లిక్ చర్య, కానీ కాపర్ (I) అయాన్ల విషపూరితం కారణంగా ఇది సజీవ కణాలలో ఉపయోగించడానికి తగినది కాదు. కాపర్ ఉత్ప్రేరకాల ద్వారా ఏర్పడిన రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ జాతుల నుండి ఆక్సీకరణ నష్టం కారణంగా విషపూరితం సంభవిస్తుంది. కాపర్ కాంప్లెక్స్‌లు సెల్యులార్ మెటబాలిజంలో మార్పులను ప్రేరేపిస్తాయని మరియు కణాల ద్వారా తీసుకోబడతాయని కూడా కనుగొనబడింది.

బయోఅణువుల నష్టాన్ని నివారించడానికి మరియు ఇన్ విట్రో అప్లికేషన్లలో తొలగింపును సులభతరం చేయడానికి లిగాండ్‌ల అభివృద్ధి జరిగింది. అయితే, కాంప్లెక్స్‌ల యొక్క విభిన్న లిగాండ్ పరిసరాలు ఇప్పటికీ జీవక్రియ మరియు తీసుకోవడంపై ప్రభావం చూపుతాయని కనుగొనబడింది, ఇది సెల్యులార్ పనితీరులో అవాంఛనీయమైన ఆటంకాన్ని కలిగిస్తుంది.[17]

బయోఅర్థోగోనాలిటీ

అజైడ్ గ్రూప్ ప్రత్యేకంగా బయోఅర్థోగోనల్ ఎందుకంటే ఇది చాలా చిన్నది (కణ పారగమ్యతకు అనుకూలం మరియు ఆటంకాలను నివారిస్తుంది), మెటబాలికల్లీ స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు కణాలలో సహజంగా ఉండదు, కాబట్టి దీనికి పోటీ జీవసంబంధమైన దుష్ప్రభావాలు ఉండవు. అజైడ్లు చర్య కోసం అందుబాటులో ఉన్న అత్యంత రియాక్టివ్ 1,3-డైపోల్ కానప్పటికీ, అవి సాధారణ సింథటిక్ పరిస్థితులలో దుష్ప్రభావాలు మరియు స్థిరత్వం లేకపోవడం వల్ల ఇష్టపడతాయి.[18] ఆల్కైన్ అంత చిన్నది కాదు, కానీ ఇది ఇప్పటికీ ఇన్ వివో లేబులింగ్ కోసం అవసరమైన స్థిరత్వం మరియు ఆర్థోగోనాలిటీని కలిగి ఉంది. సైక్లోఆక్టైన్లు సాంప్రదాయకంగా లేబులింగ్ అధ్యయనాల కోసం అత్యంత సాధారణ సైక్లోఆల్కైన్, ఎందుకంటే అవి చిన్న స్థిరమైన ఆల్కైన్ రింగ్.

మెకానిజం

ఈ చర్య ప్రామాణిక 1,3-డైపోలార్ సైక్లోఎడిషన్‌గా సాగుతుంది, ఇది ఒక రకమైన అసింక్రోనస్, కన్సర్టెడ్ పెరిసైక్లిక్ షిఫ్ట్. 1,3-డైపోల్ యొక్క యాంబివలెన్స్ స్వభావం అజైడ్‌పై ఎలక్ట్రోఫిలిక్ లేదా న్యూక్లియోఫిలిక్ కేంద్రాన్ని గుర్తించడాన్ని అసాధ్యం చేస్తుంది, తద్వారా సైక్లిక్ ఎలక్ట్రాన్ ప్రవాహం యొక్క దిశ అర్థరహితం. [p] అయితే, నైట్రోజన్‌ల మధ్య ఎలక్ట్రాన్ పంపిణీ అత్యంత లోపలి నైట్రోజన్ పరమాణువుపై గొప్ప ప్రతికూల చార్జ్‌ను కలిగిస్తుందని గణన చూపింది.[19]

రీజియోసెలెక్టివిటీ

ఈ చర్య ట్రయాజోల్స్ యొక్క రీజియో ఐసోమెరిక్ మిశ్రమాన్ని ఉత్పత్తి చేసినప్పటికీ, చర్యలో రీజియోసెలెక్టివిటీ లేకపోవడం చాలా ప్రస్తుత అప్లికేషన్లకు పెద్ద ఆందోళన కాదు. మరింత రీజియోస్పెసిఫిక్ మరియు తక్కువ బయోఅర్థోగోనల్ అవసరాలు కాపర్-ఉత్ప్రేరక హ్యూస్‌జెన్ సైక్లోఎడిషన్ ద్వారా ఉత్తమంగా అందించబడతాయి, ముఖ్యంగా స్ట్రెయిన్డ్ సైక్లోఆక్టైన్‌ను సంశ్లేషణ చేయడం (టెర్మినల్ ఆల్కైన్‌ను జోడించడంతో పోలిస్తే) కష్టతరమైనందున.

సైక్లోఆక్టైన్ల అభివృద్ధి

సైక్లోఆక్టైన్ సెకండ్ ఆర్డర్ రేట్ స్థిరాంకం (M−1s−1)
OCT 0.0024
ALO 0.0013
MOFO 0.0043
DIFO 0.076
DIBO 0.057
BARAC 0.96
DIBAC (ADIBO) 0.31
DIMAC 0.0030

OCT అనేది Cu-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీ కోసం అభివృద్ధి చేయబడిన మొదటి సైక్లోఆక్టైన్. లీనియర్ ఆల్కైన్లు శారీరక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద రియాక్టివ్‌గా ఉండవు, OCT జీవ పరిస్థితులలో అజైడ్లతో సులభంగా చర్య జరపగలదు, అయితే ఎటువంటి విషపూరితం చూపలేదు. అయినప్పటికీ, ఇది నీటిలో తక్కువ కరుగుతుంది మరియు కైనటిక్స్ స్టాడింగర్ లైగేషన్ కంటే స్వల్పంగా మెరుగుపడ్డాయి. ALO (ఆరిల్-లెస్ ఆక్టైన్) నీటిలో కరిగే సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి అభివృద్ధి చేయబడింది, కానీ ఇది ఇప్పటికీ పేలవమైన కైనటిక్స్‌ను కలిగి ఉంది.

మోనోఫ్లోరినేటెడ్ (MOFO) మరియు డైఫ్లోరినేటెడ్ (DIFO) సైక్లోఆక్టైన్లు ప్రోపార్జైలిక్ స్థానంలో ఎలక్ట్రాన్-విత్‌డ్రాయింగ్ ఫ్లోరిన్ సబ్‌స్టిట్యూయెంట్‌లను జోడించడం ద్వారా రేటును పెంచడానికి సృష్టించబడ్డాయి. ఫ్లోరిన్ సింథటిక్ ప్రాప్యత మరియు జీవసంబంధమైన జడత్వం పరంగా మంచి ఎలక్ట్రాన్-విత్‌డ్రాయింగ్ గ్రూప్. ప్రత్యేకించి, ఇది జీవసంబంధమైన న్యూక్లియోఫైళ్లతో సైడ్-రియాక్ట్ అయ్యే ఎలక్ట్రోఫిలిక్ మైఖేల్ యాక్సెప్టర్ను ఏర్పరచదు.[8] DIBO (డైబెంజోసైక్లోఆక్టైన్) రెండు ఆరిల్ రింగులకు ఫ్యూజన్‌గా అభివృద్ధి చేయబడింది, దీని ఫలితంగా చాలా ఎక్కువ స్ట్రెయిన్ మరియు డిస్టోర్షన్ ఎనర్జీలు తగ్గాయి. బియారిల్ సబ్‌స్టిట్యూషన్ రింగ్ స్ట్రెయిన్‌ను పెంచుతుందని మరియు రియాక్టివిటీని మెరుగుపరచడానికి ఆల్కైన్‌తో కాంజుగేషన్‌ను అందిస్తుందని ప్రతిపాదించబడింది. లెక్కలు మోనో-ఆరిల్ సబ్‌స్టిట్యూషన్ స్టెరిక్ క్లాష్ (అజైడ్ అణువుతో) మరియు స్ట్రెయిన్ మధ్య సరైన సమతుల్యతను అందిస్తుందని అంచనా వేసినప్పటికీ,[20] మోనోఆరిలేటెడ్ ఉత్పత్తులు అస్థిరంగా ఉన్నాయని చూపబడింది.

BARAC (బియారిలాజాసైక్లోఆక్టినోన్) అమైడ్ బంధాన్ని జోడించడంతో అనుసరించబడింది, ఇది రేటును పెంచడానికి sp2-వంటి కేంద్రాన్ని జోడిస్తుంది. అమైడ్ రెసొనెన్స్ అస్థిరమైన అణువుకు దారితీసే అదనపు అన్‌శాచురేషన్‌ను సృష్టించకుండా అదనపు స్ట్రెయిన్‌ను అందిస్తుంది. అదనంగా, సైక్లోఆక్టైన్ రింగ్‌లోకి హెటెరోఅటమ్‌ను జోడించడం వల్ల అణువు యొక్క ద్రావణీయత మరియు ఫార్మాకోకైనటిక్స్ రెండూ మెరుగుపడతాయి. BARAC అదనపు ప్రోబ్‌ను కడిగివేయడం నేపథ్యాన్ని తగ్గించడానికి అనవసరమైనంత రేటును (మరియు సున్నితత్వాన్ని) కలిగి ఉంది. ఇది నిజ-సమయ ఇమేజింగ్ లేదా మొత్తం జంతు ఇమేజింగ్ వంటి వాషింగ్ అసాధ్యమైన పరిస్థితులలో చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. BARAC చాలా ఉపయోగకరంగా ఉన్నప్పటికీ, దాని తక్కువ స్థిరత్వం కారణంగా దానిని 0 °C వద్ద, కాంతి మరియు ఆక్సిజన్ నుండి రక్షించి నిల్వ చేయాలి.[21]

BARAC పై మరిన్ని సర్దుబాట్లు DIBAC/ADIBOని ఉత్పత్తి చేయడానికి చేయబడ్డాయి, ఇవి డిస్టల్ రింగ్ స్ట్రెయిన్‌ను జోడించడానికి మరియు రియాక్టివిటీని మరింత పెంచడానికి ఆల్కైన్ చుట్టూ స్టెరిక్స్‌ను తగ్గించడానికి చేయబడ్డాయి. కీటో-DIBO, ఇందులో హైడ్రాక్సిల్ గ్రూప్ కీటోన్‌గా మార్చబడింది, రింగ్ కన్ఫర్మేషన్‌లో మార్పు కారణంగా రేటులో మూడు రెట్లు పెరుగుదల ఉంది. డైఫ్లోరోబెంజోసైక్లోఆక్టైన్ (DIFBO) చేయడానికి ప్రయత్నాలు అస్థిరత కారణంగా విఫలమయ్యాయి.

ఇన్ వివో ఎలుకల అధ్యయనాలతో DIFO సమస్యలు బయోఅర్థోగోనల్ చర్యలను ఉత్పత్తి చేయడంలో కష్టాన్ని వివరిస్తాయి. DIFO కణాల లేబులింగ్‌లో చాలా రియాక్టివ్‌గా ఉన్నప్పటికీ, సీరం అల్బుమిన్తో బంధం కారణంగా ఎలుకల అధ్యయనాలలో ఇది పేలవంగా పనిచేసింది. సైక్లోఆక్టైన్ యొక్క హైడ్రోఫోబిసిటీ పొరలు మరియు సీరం ప్రోటీన్ల ద్వారా సీక్వెస్ట్రేషన్‌ను ప్రోత్సహిస్తుంది, బయోఅవైలబుల్ సాంద్రతలను తగ్గిస్తుంది. ప్రతిస్పందనగా, DIMAC (డైమెథాక్సీఅజాసైక్లోఆక్టైన్) నీటిలో కరిగే సామర్థ్యం, ధ్రువణత మరియు ఫార్మాకోకైనటిక్స్‌ను పెంచడానికి అభివృద్ధి చేయబడింది,[22] అయినప్పటికీ ఎలుకల నమూనాల బయోఅర్థోగోనల్ లేబులింగ్‌లో ప్రయత్నాలు ఇంకా అభివృద్ధిలో ఉన్నాయి.

రియాక్టివిటీ

ఈ సైక్లోఎడిషన్ చర్యల థర్మోడైనమిక్స్ మరియు కైనటిక్స్‌ను వివరించడంలో గణన ప్రయత్నాలు కీలకమైనవి, ఇది చర్యను మెరుగుపరచడంలో కీలక పాత్ర పోషించింది. స్థిరత్వాన్ని త్యాగం చేయకుండా ఆల్కైన్‌లను యాక్టివేట్ చేయడానికి రెండు పద్ధతులు ఉన్నాయి: పరివర్తన స్థితి శక్తిని తగ్గించడం లేదా రియాక్టెంట్ స్థిరత్వాన్ని తగ్గించడం.

రియాక్టెంట్ స్థిరత్వాన్ని తగ్గించడం: హౌక్[23] అజైడ్ మరియు ఆల్కైన్‌లను పరివర్తన స్థితి జ్యామితిలోకి మార్చడానికి అవసరమైన శక్తి (Ed ‡) వ్యత్యాసాలు చర్య కోసం బారియర్ ఎత్తులను నియంత్రిస్తాయని ప్రతిపాదించారు. యాక్టివేషన్ ఎనర్జీ (E ‡) అనేది డిస్టెబిలైజింగ్ డిస్టోర్షన్లు మరియు స్టెబిలైజింగ్ ఇంటరాక్షన్ల (Ei ‡) మొత్తం. అత్యంత ముఖ్యమైన డిస్టోర్షన్ అజైడ్ ఫంక్షనల్ గ్రూప్‌లో ఉంది, ఆల్కైన్ డిస్టోర్షన్ తక్కువగా ఉంటుంది. అయితే, అధిక రియాక్టివిటీ కోసం సులభంగా మార్చగలిగేది సైక్లోఆక్టైన్ మాత్రమే. ఫినైల్ అజైడ్ మరియు ఎసిటిలీన్ (16.2 kcal/mol) వర్సెస్ సైక్లోఆక్టైన్ (8.0 kcal/mol) కోసం లెక్కించబడిన చర్య బారియర్లు 106 రేటు పెరుగుదలను అంచనా వేస్తాయి. సైక్లోఆక్టైన్‌కు తక్కువ డిస్టోర్షన్ ఎనర్జీ (1.4 kcal/mol వర్సెస్ 4.6 kcal/mol) అవసరమవుతుంది, దీని ఫలితంగా తక్కువ ఇంటరాక్షన్ ఎనర్జీ ఉన్నప్పటికీ తక్కువ యాక్టివేషన్ ఎనర్జీ వస్తుంది.

పరివర్తన స్థితి శక్తిని తగ్గించడం: ఫ్లోరిన్ వంటి ఎలక్ట్రాన్ విత్‌డ్రాయింగ్ గ్రూపులు LUMO శక్తిని మరియు HOMO–LUMO గ్యాప్ను తగ్గించడం ద్వారా రేటును పెంచుతాయి. ఇది పరివర్తన స్థితిలో అజైడ్ నుండి ఫ్లోరినేటెడ్ సైక్లోఆక్టైన్‌కు ఎక్కువ చార్జ్ బదిలీకి దారితీస్తుంది, ఇంటరాక్షన్ ఎనర్జీని (తక్కువ ప్రతికూల విలువ) మరియు మొత్తం యాక్టివేషన్ ఎనర్జీని పెంచుతుంది.[24] LUMO తగ్గడం అనేది ఆల్కైన్ π డోనర్ ఆర్బిటాల్స్ మరియు CF σ* యాక్సెప్టర్ల మధ్య హైపర్ కాంజుగేషన్ ఫలితం. ఈ పరస్పర చర్యలు ప్రధానంగా పరివర్తన స్థితిలో స్థిరీకరణను అందిస్తాయి, ఎందుకంటే అవి వక్రీకరించబడినప్పుడు బంధాల డోనర్/యాక్సెప్టర్ సామర్థ్యాలు పెరుగుతాయి. NBO లెక్కలు పరివర్తన స్థితి డిస్టోర్షన్ ఇంటరాక్షన్ ఎనర్జీని 2.8 kcal/mol పెంచుతుందని చూపించాయి.

అవుట్-ఆఫ్-ప్లేన్ π బంధాల మధ్య హైపర్ కాంజుగేషన్ ఎక్కువగా ఉంటుంది ఎందుకంటే ఇన్-ప్లేన్ π బంధాలు సరిగ్గా అమర్చబడవు. అయితే, పరివర్తన స్థితి వంగడం ఇన్-ప్లేన్ π బంధాలను మరింత యాంటీపెరిప్లానార్ అమరికను కలిగి ఉండటానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది పరస్పర చర్యను సులభతరం చేస్తుంది. అదనపు హైపర్ కాంజుగేటివ్ ఇంటరాక్షన్ ఎనర్జీ స్థిరీకరణ CN బంధం ఏర్పడటం వల్ల σ* లో ఎలక్ట్రానిక్ జనాభా పెరగడం ద్వారా సాధించబడుతుంది. σ* CF బంధాలతో ప్రతికూల హైపర్ కాంజుగేషన్ ఈ స్థిరీకరణ పరస్పర చర్యను పెంచుతుంది.[19]

రీజియోసెలెక్టివిటీ

రీజియోసెలెక్టివిటీ కాపర్-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీ యొక్క ప్రస్తుత ఇమేజింగ్ అప్లికేషన్లలో పెద్ద సమస్య కానప్పటికీ, ఇది డ్రగ్ డిజైన్ లేదా పెప్టిడోమిమెటిక్స్ వంటి రంగాలలో భవిష్యత్తు అప్లికేషన్లను నిరోధించే సమస్య.[25]

ప్రస్తుతం చాలా సైక్లోఆక్టైన్లు రీజియో ఐసోమెరిక్ మిశ్రమాలను ఏర్పరుస్తాయి. [m] గణన విశ్లేషణలో గ్యాస్ ఫేజ్ రీజియోసెలెక్టివిటీ యాక్టివేషన్ ఎనర్జీలో 1,5 ఎడిషన్‌ను 1,4 ఎడిషన్ కంటే 2.9 kcal/mol వరకు అనుకూలంగా ఉంటుందని లెక్కించబడినప్పటికీ, సాల్వేషన్ కరెక్షన్లు రెండు రీజియో ఐసోమర్లకు ఒకే శక్తి బారియర్లను కలిగిస్తాయి. DIFO యొక్క సైక్లోఎడిషన్‌లో 1,4 ఐసోమర్ దాని పెద్ద డైపోల్ మూమెంట్ ద్వారా ప్రతికూలంగా ఉన్నప్పటికీ, సాల్వేషన్ దానిని 1,5 ఐసోమర్ కంటే బలంగా స్థిరీకరిస్తుంది, ఇది రీజియోసెలెక్టివిటీని తగ్గిస్తుంది.[24]

BCN (బైసైక్లో[6.1.0]నోనైన్) వంటి సిమెట్రికల్ సైక్లోఆక్టైన్లు సైక్లోఎడిషన్ తర్వాత ఒకే రీజియో ఐసోమర్‌ను ఏర్పరుస్తాయి[26] మరియు భవిష్యత్తులో ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి ఉపయోగపడవచ్చు.

అప్లికేషన్లు

కాపర్-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీ యొక్క అత్యంత విస్తృతమైన అప్లికేషన్ అజైడ్-ట్యాగ్డ్ బయోఅణువు మరియు ఇమేజింగ్ ఏజెంట్‌ను కలిగి ఉన్న సైక్లోఆక్టైన్ ఉపయోగించి సజీవ కణాలు లేదా జంతువులలో జీవసంబంధమైన ఇమేజింగ్‌లో ఉంది.

DIBO యొక్క ఫ్లోరోసెంట్ కీటో మరియు ఆక్సిమ్ వేరియంట్‌లను ఫ్లోరో-స్విచ్ క్లిక్ చర్యలలో ఉపయోగిస్తారు, ఇందులో సైక్లోఆక్టైన్ యొక్క ఫ్లోరోసెన్స్ చర్యలో ఏర్పడే ట్రయాజోల్ ద్వారా క్వెంచ్ (quenched) చేయబడుతుంది.[27] మరోవైపు, coumBARAC వంటి coumarin-సంయుక్త సైక్లోఆక్టైన్‌లను అభివృద్ధి చేశారు, తద్వారా ఆల్కైన్ ఫ్లోరోసెన్స్‌ను అణిచివేస్తుంది, అయితే ట్రయాజోల్ ఏర్పడటం వల్ల ఫ్లోరోసెన్స్ quantum yield పది రెట్లు పెరుగుతుంది.[28]

ఫోటోయాక్టివేటబుల్ సైక్లోఆక్టైన్‌లను ఉపయోగించి సబ్‌స్ట్రేట్ లేబులింగ్ యొక్క ప్రాదేశిక మరియు కాల నియంత్రణపై పరిశోధనలు జరిగాయి. ఇది ఏకాగ్రత ప్రవణతల (concentration gradients) ఫలితంగా ఏర్పడే ఆర్టిఫాక్ట్‌లను తగ్గించడానికి చర్యకు ముందు ఆల్కైన్‌ను సమతుల్యం చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. మాస్క్ చేయబడిన సైక్లోఆక్టైన్‌లు చీకటిలో అజైడ్‌లతో చర్య జరపలేవు, కానీ కాంతికి గురైనప్పుడు రియాక్టివ్ ఆల్కైన్‌లుగా మారతాయి.[29]

PET imaging ఏజెంట్లను సంశ్లేషణ చేయడానికి కాపర్-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీని అన్వేషిస్తున్నారు, వీటిని సమ్మేళనాలను నిర్వహించే ముందు ఐసోటోపిక్ క్షయాన్ని తగ్గించడానికి అధిక స్వచ్ఛత మరియు దిగుబడితో త్వరగా తయారు చేయాలి. SPAAC యొక్క అధిక రేటు స్థిరాంకాలు మరియు బయోఆర్థోగోనాలిటీ రెండూ PET కెమిస్ట్రీకి అనుకూలంగా ఉంటాయి.[30]

ఇతర బయోఆర్థోగోనల్ చర్యలు

నైట్రోన్ డైపోల్ సైక్లోఎడిషన్

కాపర్-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీని అజైడ్‌లకు బదులుగా 1,3-డైపోల్‌గా నైట్రోన్‌లను ఉపయోగించడానికి అనుగుణంగా మార్చారు మరియు ఇది పెప్టైడ్‌ల మార్పులో ఉపయోగించబడింది.[9]

నైట్రోన్ మరియు సైక్లోఆక్టైన్ మధ్య ఈ సైక్లోఎడిషన్ N-ఆల్కైలేటెడ్ ఐసోక్సాజోలిన్‌లను ఏర్పరుస్తుంది. చర్య రేటు నీటి ద్వారా మెరుగుపడుతుంది మరియు నైట్రోన్ యొక్క ప్రతిక్షేపణపై ఆధారపడి 12 నుండి 32 M−1•s−1 వరకు సెకండ్ ఆర్డర్ రేట్ స్థిరాంకాలతో చాలా వేగంగా ఉంటుంది. చర్య చాలా వేగంగా ఉన్నప్పటికీ, మెటబాలిక్ లేబులింగ్ ద్వారా జీవఅణువులలోకి నైట్రోన్‌ను చేర్చడంలో ఇది సమస్యలను ఎదుర్కొంటుంది. లేబులింగ్ కేవలం పోస్ట్-ట్రాన్స్‌లేషనల్ పెప్టైడ్ మార్పు ద్వారా మాత్రమే సాధించబడింది.

నార్బోర్నీన్ సైక్లోఎడిషన్

1,3 డైపోలార్ సైక్లోఎడిషన్‌లను 1,3-డైపోల్‌గా nitrile oxide మరియు డైపోలారోఫైల్‌గా norbornene ఉపయోగించి బయోఆర్థోగోనల్ చర్యగా అభివృద్ధి చేశారు. దీని ప్రాథమిక ఉపయోగం ఆటోమేటెడ్ ఒలిగోన్యూక్లియోటైడ్ సింథసైజర్‌లలో DNA మరియు RNAలను లేబుల్ చేయడంలో,[31] మరియు జీవకణాల సమక్షంలో పాలిమర్ క్రాస్‌లింకింగ్‌లో ఉంది.[32]

నార్బోర్నీన్‌లు వాటి స్ట్రెయిన్-ప్రమోటెడ్ రియాక్టివిటీ మరియు స్థిరత్వం మధ్య సమతుల్యత కారణంగా డైపోలారోఫైల్‌లుగా ఎంపిక చేయబడ్డాయి. ఈ చర్య యొక్క ప్రతికూలతలు నైట్రైల్ ఆక్సైడ్ యొక్క బలమైన ఎలక్ట్రోఫిలిసిటీ కారణంగా క్రాస్-రియాక్టివిటీ మరియు నెమ్మదిగా ఉండే చర్య గతిశాస్త్రం.

ఆక్సానార్బోర్నాడైన్ సైక్లోఎడిషన్

oxanorbornadiene సైక్లోఎడిషన్ అనేది 1,3-డైపోలార్ సైక్లోఎడిషన్, దీని తర్వాత furan అణువు తొలగింపుతో ట్రయాజోల్-లింక్డ్ కాంజుగేట్‌ను రూపొందించడానికి రెట్రో-Diels Alder చర్య జరుగుతుంది.[33] ప్రాథమిక పని పెప్టైడ్ లేబులింగ్ ప్రయోగాలలో దీని ఉపయోగంను స్థాపించింది, మరియు ఇది SPECT ఇమేజింగ్ సమ్మేళనాల ఉత్పత్తిలో కూడా ఉపయోగించబడింది.[34] ఇటీవల, ఒక ఆక్సానార్బోర్నాడైన్ యొక్క ఉపయోగం ఉత్ప్రేరకం లేని గది ఉష్ణోగ్రత "iClick" చర్యలో వివరించబడింది, ఇందులో ఒక నమూనా అమైనో ఆమ్లం మెటల్ మోయిటీకి అనుసంధానించబడి, బయోఆర్థోగోనల్ చర్యలకు ఒక నవల విధానంలో ఉంటుంది.[35]

ఆక్సానార్బోర్నాడైన్‌లోని రింగ్ స్ట్రెయిన్ మరియు ఎలక్ట్రాన్ లోపం సైక్లోఎడిషన్ రేటు-పరిమితం చేసే దశ వైపు రియాక్టివిటీని పెంచుతాయి. స్థిరమైన 1,2,3 ట్రయాజోల్‌ను ఏర్పరచడానికి రెట్రో-డీల్స్ ఆల్డర్ చర్య త్వరగా జరుగుతుంది. సమస్యలలో ఆక్సానార్బోర్నాడైన్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్స్‌ను మార్చగల ప్రతిక్షేపకాలకు తక్కువ సహనం మరియు తక్కువ రేట్లు (10−4 క్రమంలో సెకండ్ ఆర్డర్ రేట్ స్థిరాంకాలు) ఉన్నాయి.

టెట్రాజైన్ లైగేషన్

టెట్రాజైన్ లైగేషన్ అనేది నైట్రోజన్ వాయువును తొలగించడానికి రివర్స్-డిమాండ్ డీల్స్ ఆల్డర్ చర్య మరియు దాని తర్వాత రెట్రో-డీల్స్ ఆల్డర్ చర్యలో ట్రాన్స్-సైక్లోఆక్టీన్ మరియు s-tetrazine యొక్క చర్య.[36] ఈ చర్య 2000 M−1–s−1 (9:1 మిథనాల్/నీటిలో) సెకండ్ ఆర్డర్ రేట్ స్థిరాంకంతో చాలా వేగంగా ఉంటుంది, ఇది చాలా తక్కువ సాంద్రతలలో జీవఅణువుల మార్పులను అనుమతిస్తుంది.

బాచ్ చేసిన కంప్యూటేషనల్ పని ఆధారంగా, Z-సైక్లోఆక్టీన్‌ల కోసం స్ట్రెయిన్ ఎనర్జీ 7.0 kcal/mol, ఇది రెండు ట్రాన్స్‌అన్యూలర్ పరస్పర చర్యల నష్టం కారణంగా సైక్లోఆక్టేన్ కోసం 12.4 kcal/mol తో పోలిస్తే ఉంటుంది. E-సైక్లోఆక్టీన్ 17.9 kcal/mol స్ట్రెయిన్ ఎనర్జీని కలిగించే అత్యంత ట్విస్టెడ్ డబుల్ బాండ్‌ను కలిగి ఉంటుంది.[37] అందువల్ల, అత్యంత స్ట్రెయిన్ ఉన్న ట్రాన్స్-సైక్లోఆక్టీన్‌ను రియాక్టివ్ dienophileగా ఉపయోగిస్తారు. diene అనేది 3,6-డైఅరిల్-s-టెట్రాజైన్, ఇది నీటితో తక్షణ చర్యను నిరోధించడానికి ప్రతిక్షేపించబడింది. చర్య ప్రారంభ సైక్లోఎడిషన్ ద్వారా సాగుతుంది, ఆపై N2ని తొలగించడానికి మరియు చర్య యొక్క రివర్సిబిలిటీని నిరోధించడానికి రివర్స్ డీల్స్ ఆల్డర్ జరుగుతుంది.[11]

ఈ చర్య నీటిని తట్టుకోవడమే కాకుండా, జల మాధ్యమంలో రేటు పెరుగుతుందని కనుగొనబడింది. జల మాధ్యమంలో 1 M−1•s−1 క్రమంలో సెకండ్ ఆర్డర్ రేట్ల వద్ద డైయనోఫైల్స్‌గా నార్బోర్నీన్‌లను ఉపయోగించి కూడా చర్యలు జరిగాయి. ఈ చర్యను లైవ్ సెల్స్ లేబులింగ్[38] మరియు పాలిమర్ కప్లింగ్‌లో అన్వయించారు.[39]

[4+1] సైక్లోఎడిషన్

ఈ ఐసోసైనైడ్ క్లిక్ చర్య అనేది [4+1] సైక్లోఎడిషన్, దీని తర్వాత N2 యొక్క రెట్రో-డీల్స్ ఆల్డర్ ఎలిమినేషన్ జరుగుతుంది.[12]

చర్య ప్రారంభ [4+1] సైక్లోఎడిషన్‌తో సాగుతుంది, ఆపై థర్మోడైనమిక్ సింక్‌ను తొలగించడానికి మరియు రివర్సిబిలిటీని నిరోధించడానికి రివర్షన్ జరుగుతుంది. టెర్షియరీ అమైన్ లేదా ఐసోసైనోప్రొపనోయేట్ ఉపయోగించినట్లయితే ఈ ఉత్పత్తి స్థిరంగా ఉంటుంది. సెకండరీ లేదా ప్రైమరీ ఐసోసైనైడ్ ఉపయోగించినట్లయితే, ఉత్పత్తి imineని ఏర్పరుస్తుంది, ఇది త్వరగా హైడ్రోలైజ్ చేయబడుతుంది.

ఐసోసైనైడ్ దాని చిన్న పరిమాణం, స్థిరత్వం, విషరహితం మరియు క్షీరద వ్యవస్థలలో లేకపోవడం వల్ల ఇష్టపడే కెమికల్ రిపోర్టర్. అయితే, చర్య నెమ్మదిగా ఉంటుంది, 10−2 M−1•s−1 క్రమంలో సెకండ్ ఆర్డర్ రేట్ స్థిరాంకాలతో ఉంటుంది.

టెట్రాజోల్ ఫోటోక్లిక్ కెమిస్ట్రీ

ఫోటోక్లిక్ కెమిస్ట్రీ N2ని విడుదల చేయడానికి ఫోటోఇండ్యూస్డ్ సైక్లోఎలిమినేషన్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. ఇది నైట్రోజన్ వాయువు నష్టం ద్వారా స్వల్పకాలిక 1,3 నైట్రైల్ ఇమైన్ ఇంటర్మీడియట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది పైరాజోలిన్ సైక్లోఅడక్ట్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఆల్కీన్‌తో 1,3-డైపోలార్ సైక్లోఎడిషన్‌కు లోనవుతుంది.[12]

కణాలకు ఫోటోడ్యామేజ్‌ను తగ్గించడానికి కాంతికి (తరంగదైర్ఘ్యం టెట్రాజోల్-ఆధారితం) క్లుప్తంగా గురికావడం ద్వారా ఫోటోఇండక్షన్ జరుగుతుంది. చర్య జల పరిస్థితులలో మెరుగుపడుతుంది మరియు ఒకే రీజియో ఐసోమర్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

ట్రాన్సియెంట్ నైట్రైల్ ఇమైన్ వంగిన నిర్మాణం కారణంగా 1,3-డైపోలార్ సైక్లోఎడిషన్ కోసం అత్యంత రియాక్టివ్‌గా ఉంటుంది, ఇది డిస్టోర్షన్ ఎనర్జీని తగ్గిస్తుంది. ఫినైల్ రింగులపై ఎలక్ట్రాన్-డొనేటింగ్ గ్రూపులతో ప్రతిక్షేపణ HOMO శక్తిని పెంచుతుంది, ఇది 1,3 నైట్రైల్ ఇమైన్‌పై ఉంచినప్పుడు చర్య రేటును పెంచుతుంది.

ఈ విధానం యొక్క ప్రయోజనాల్లో చర్యను ప్రాదేశికంగా లేదా కాలక్రమేణా నియంత్రించే సామర్థ్యం మరియు జెనెటిక్ ఎన్‌కోడింగ్ వంటి సాధారణ జీవ పద్ధతులను ఉపయోగించి జీవఅణువులలోకి ఆల్కీన్‌లు మరియు టెట్రాజోల్‌లు రెండింటినీ చేర్చే సామర్థ్యం ఉన్నాయి.[40] అదనంగా, చర్య యొక్క పురోగతిని పర్యవేక్షించడానికి టెట్రాజోల్‌ను ఫ్లోరోజెనిక్‌గా రూపొందించవచ్చు.[41]

క్వాడ్రిసైక్లేన్ లైగేషన్

క్వాడ్రిసైక్లేన్ లైగేషన్ π వ్యవస్థలతో [2+2+2] సైక్లోఎడిషన్‌కు లోనవ్వడానికి అత్యంత స్ట్రెయిన్ ఉన్న క్వాడ్రిసైక్లేన్‌ను ఉపయోగిస్తుంది.[13]

క్వాడ్రిసైక్లేన్ అబియోటిక్, జీవఅణువులతో రియాక్టివ్ కాదు (పూర్తి సంతృప్తత కారణంగా), సాపేక్షంగా చిన్నది మరియు అత్యంత స్ట్రెయిన్ (సుమారు 80 kcal/mol) కలిగి ఉంటుంది. అయితే, ఇది గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద మరియు శారీరక pH వద్ద జల పరిస్థితులలో చాలా స్థిరంగా ఉంటుంది. ఇది ఎలక్ట్రాన్-పేద π వ్యవస్థలతో ఎంపిక చేయబడిన చర్యను జరపగలదు కానీ సాధారణ ఆల్కీన్‌లు, ఆల్కైన్‌లు లేదా సైక్లోఆక్టైన్‌లతో కాదు.

బిస్(డైథియోబెంజిల్)నికెల్(II) రియాక్టివిటీ ఆధారంగా అభ్యర్థుల స్క్రీన్ నుండి చర్య భాగస్వామిగా ఎంపిక చేయబడింది. నార్బోర్నాడైన్‌కు కాంతి-ప్రేరిత రివర్షన్‌ను నిరోధించడానికి, ఉత్పత్తిలోని నికెల్‌ను చిలేట్ చేయడానికి డైఇథైల్ డైథియోకార్బమేట్ జోడించబడుతుంది.

ఈ చర్యలు 0.25 M−1•s−1 సెకండ్ ఆర్డర్ రేట్ స్థిరాంకంతో జల పరిస్థితుల ద్వారా మెరుగుపరచబడతాయి. ఆక్సిమ్ నిర్మాణం మరియు కాపర్-ఫ్రీ క్లిక్ కెమిస్ట్రీ రెండింటికీ ఇది బయోఆర్థోగోనల్ అని నిరూపించబడటం ప్రత్యేక ఆసక్తిని కలిగిస్తుంది.

ఉపయోగాలు

బయోఆర్థోగోనల్ కెమిస్ట్రీ అనేది nuclear imaging మరియు radiotherapyలో ప్రీటార్గెటింగ్ ప్రయోగాల కోసం ఒక ఆకర్షణీయమైన సాధనం.[42]

సూచనలు

  1. ↑ (2009). "Bioorthogonal Chemistry: Fishing for Selectivity in a Sea of Functionality". Angewandte Chemie International Edition. 48 (38) 6974–98. doi:10.1002/anie.200900942.
  2. ↑ (2004). "Chemical remodelling of cell surfaces in living animals". Nature. 430 (7002) 873–7. doi:10.1038/nature02791.
  3. ↑ (2005). "Chemistry in living systems". Nature Chemical Biology. 1 (1) 13–21. doi:10.1038/nchembio0605-13.
  4. ↑ (2003-12-09). "A metabolic labeling approach toward proteomic analysis of mucin-type O-linked glycosylation". Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (25) 14846–14851. doi:10.1073/pnas.2335201100.
  5. ↑ 5.0 5.1 (2011). "From Mechanism to Mouse: A Tale of Two Bioorthogonal Reactions". Accounts of Chemical Research. 44 (9) 666–676. doi:10.1021/ar200148z.
  6. ↑ (2011). "Genetically Encoded Copper-Free Click Chemistry". Angewandte Chemie International Edition. 50 (17) 3878–3881. doi:10.1002/anie.201008178.
  7. ↑ (2009). "Selective Fluorescence Labeling of Lipids in Living Cells". Angewandte Chemie International Edition. 48 (8) 1498–500. doi:10.1002/anie.200805507.
  8. ↑ 8.0 8.1 (2007). "Copper-free click chemistry for dynamic in vivo imaging". Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (43) 16793–7. doi:10.1073/pnas.0707090104.
  9. ↑ 9.0 9.1 (2010). "Protein Modification by Strain-Promoted Alkyne-Nitrone Cycloaddition". Angewandte Chemie International Edition. 49 (17) 3065–8. doi:10.1002/anie.201000408.
  10. ↑ (1998). "Metabolic Delivery of Ketone Groups to Sialic Acid Residues. Application to Cell Surface Glycoform Engineering". Journal of Biological Chemistry. 273 (47) 31168–79. doi:10.1074/jbc.273.47.31168.
  11. ↑ 11.0 11.1 (2008). "The Tetrazine Ligation: Fast Bioconjugation based on Inverse-electron-demand Diels-Alder Reactivity". Journal of the American Chemical Society. 130 (41) 13518–9. doi:10.1021/ja8053805.
  12. ↑ 12.0 12.1 12.2 (2011). "Exploring isonitrile-based click chemistry for ligation with biomolecules". Organic & Biomolecular Chemistry. 9 (21) 7303–5. doi:10.1039/C1OB06424J.
  13. ↑ 13.0 13.1 (2011). "A Bioorthogonal Quadricyclane Ligation". Journal of the American Chemical Society. 133 (44) 17570–3. doi:10.1021/ja2072934.
  14. ↑ The Nobel Prize in Chemistry. The Nobel Prize.
  15. ↑ (2000). "Cell Surface Engineering by a Modified Staudinger Reaction". Science. 287 (5460) 2007–10. doi:10.1126/science.287.5460.2007.
  16. ↑ (2008). "Imaging Cell Surface Glycans with Bioorthogonal Chemical Reporters". J Am Chem Soc. 129 (27) 8400–8401. doi:10.1021/ja070238o.
  17. ↑ (2011). "Cellular Consequences of Copper Complexes Used to Catalyze Bioorthogonal Click Reactions". Journal of the American Chemical Society. 133 (44) 17993–8001. doi:10.1021/ja2083027.
  18. ↑ (1976). "1,3-Dipolar cycloadditions. 76. Concerted nature of 1,3-dipolar cycloadditions and the question of diradical intermediates". The Journal of Organic Chemistry. 41 (3) 403–419. doi:10.1021/jo00865a001.
  19. ↑ 19.0 19.1 (2011). "Selective Transition State Stabilization via Hyperconjugative and Conjugative Assistance: Stereoelectronic Concept for Copper-Free Click Chemistry". The Journal of Organic Chemistry. 77 (1) 75–89. doi:10.1021/jo201434w.
  20. ↑ (2009). Cyclooctyne-based reagents for uncatalyzed click chemistry: A computational survey. Organic & Biomolecular Chemistry. 7 (24) 5255–8. doi:10.1039/B911482C.
  21. ↑ (2010). "Rapid Cu-Free Click Chemistry with Readily Synthesized Biarylazacyclooctynones". Journal of the American Chemical Society. 132 (11) 3688–90. doi:10.1021/ja100014q.
  22. ↑ (2008). "A Hydrophilic Azacyclooctyne for Cu-Free Click Chemistry". Organic Letters. 10 (14) 3097–9. doi:10.1021/ol801141k.
  23. ↑ (2008). "Transition States of Strain-Promoted Metal-Free Click Chemistry: 1,3-Dipolar Cycloadditions of Phenyl Azide and Cyclooctynes". Organic Letters. 10 (8) 1633–6. doi:10.1021/ol8003657.
  24. ↑ 24.0 24.1 (2009). "Reactivity and Regioselectivity in 1,3-Dipolar Cycloadditions of Azides to Strained Alkynes and Alkenes: A Computational Study". Journal of the American Chemical Society. 131 (23) 8121–33. doi:10.1021/ja9003624.
  25. ↑ (2008). "Copper-Free Azide Alkyne Cycloadditions: New Insights and Perspectives". Angewandte Chemie International Edition. 47 (12) 2182–4. doi:10.1002/anie.200705365.
  26. ↑ (2010). "Readily Accessible Bicyclononynes for Bioorthogonal Labeling and Three-Dimensional Imaging of Living Cells". Angewandte Chemie International Edition. 49 (49) 9422–5. doi:10.1002/anie.201003761.
  27. ↑ (2011). "Strain-Promoted Alkyne-Azide Cycloadditions (SPAAC) Reveal New Features of Glycoconjugate Biosynthesis". ChemBioChem. 12 (12) 1912–21. doi:10.1002/cbic.201100117.
  28. ↑ (2011). "Synthesis of a fluorogenic cyclooctyne activated by Cu-free click chemistry". Organic Letters. 13 (22) 5937–9. doi:10.1021/ol2025026.
  29. ↑ (2009). "Selective Labeling of Living Cells by a Photo-Triggered Click Reaction". Journal of the American Chemical Society. 131 (43) 15769–76. doi:10.1021/ja9054096.
  30. ↑ (2011). "Copper-Free Click for PET: Rapid 1,3-Dipolar Cycloadditions with a Fluorine-18 Cyclooctyne". ACS Medicinal Chemistry Letters. 2 (12) 885–889. doi:10.1021/ml200187j.
  31. ↑ (2009). "Copper-Free "Click" Modification of DNA via Nitrile Oxide Norbornene 1,3-Dipolar Cycloaddition". Organic Letters. 11 (11) 2405–8. doi:10.1021/ol9005322.
  32. ↑ (2015). "Nitrile Oxide-Norbornene Cycloaddition as a Bioorthogonal Crosslinking Reaction for the Preparation of Hydrogels". Macromolecular Rapid Communications. 36 (19) 1729–34. doi:10.1002/marc.201500314.
  33. ↑ (2007). "Metal-Free Triazole Formation as a Tool for Bioconjugation". ChemBioChem. 8 (13) 1504–8. doi:10.1002/cbic.200700278.
  34. ↑ (2008). "Application of Metal Free Triazole Formation in the Synthesis of Cyclic RGD DTPA Conjugates". ChemBioChem. 9 (11) 1805–15. doi:10.1002/cbic.200800074.
  35. ↑ (2014). Amino acid bioconjugation via iClick reaction of an oxanorbornadiene-masked alkyne with a MnI(bpy)(CO)3-coordinated azide. ChemComm. 50 (99) 15692–95. doi:10.1039/C4CC07892F.
  36. ↑ (2016). "Tetrazine Marks the Spot". ACS Central Science. 2 (8) 493–494. doi:10.1021/acscentsci.6b00204.
  37. ↑ (2009). "Ring Strain Energy in the Cyclooctyl System. The Effect of Strain Energy on [3 + 2] Cycloaddition Reactions with Azides". Journal of the American Chemical Society. 131 (14) 5233–43. doi:10.1021/ja8094137.
  38. ↑ (2008). "Tetrazine-Based Cycloadditions: Application to Pretargeted Live Cell Imaging". Bioconjugate Chemistry. 19 (12) 2297–9. doi:10.1021/bc8004446.
  39. ↑ (2011). "Additive-Free Clicking for Polymer Functionalization and Coupling by Tetrazine Norbornene Chemistry". Journal of the American Chemical Society. 133 (35) 13828–31. doi:10.1021/ja203957h.
  40. ↑ (2011). "Photoinducible Bioorthogonal Chemistry: A Spatiotemporally Controllable Tool to Visualize and Perturb Proteins in Live Cells". Accounts of Chemical Research. 44 (9) 828–839. doi:10.1021/ar200021p.
  41. ↑ (2008). "Selective Functionalization of a Genetically Encoded Alkene-Containing Protein via "Photoclick Chemistry" in Bacterial Cells". Journal of the American Chemical Society. 130 (30) 9654–5. doi:10.1021/ja803598e.
  42. ↑ (2014). "Bioorthogonal chemistry: implications for pretargeted nuclear (PET/SPECT) imaging and therapy". American Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 4 (2) 96–113.

మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Bioorthogonal chemistry” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Bioorthogonal_chemistry ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.

Retrieved from "https://ltrc.sciwiki.in/index.php?title=బయోఆర్థోగోనల్_కెమిస్ట్రీ&oldid=3984"