La química de clic sin cobre es una reacción bioortogonal como una variante de una cicloadición de Huisgen de azida-alquino . Al eliminar los catalizadores de cobre citotóxicos , la reacción procede sin toxicidad para las células vivas. [1] Fue desarrollado como una alternativa más rápida a la ligadura de Staudinger , con la primera generación produciendo constantes de velocidad 63 veces más rápidas.
Aunque la reacción produce una mezcla regioisomérica de triazoles, la falta de regioselectividad en la reacción no es una preocupación importante para sus aplicaciones en química bioortogonal . La cicloadición tradicional de Huisgen satisface mejor los requisitos más regioespecíficos y menos bioortogonales , especialmente dado el bajo rendimiento y la dificultad sintética (en comparación con la adición de un alquino terminal ) de sintetizar un ciclooctino tenso .
La bioortogonalidad de la reacción ha permitido aplicar la reacción de clic sin Cu en células cultivadas, peces cebra vivos y ratones.
OCT fue el primero de todos los ciclooctinos desarrollados para la química de clics sin Cu; solo tenía tensión anular para impulsar la reacción, y la cinética apenas mejoró con respecto a la ligadura de Staudinger. Después de OCT y MOFO (ciclooctino monofluorado), se desarrolló el ciclooctino difluorado (DIFO). [2] Se introdujo un enfoque sintético mejorado para un ciclooctino monofluorosustituido (MFCO) que podría convertirse fácilmente en un intermedio reactivo útil para aplicaciones de bioconjugación, aunque la reactividad fue algo más lenta que la DIFO. El MFCO demostró excelentes características de estabilidad para el almacenamiento a largo plazo. [3]
El ciclooctino sustituido se activa para una cicloadición 1,3-dipolar por su tensión anular y los sustituyentes de flúor que extraen electrones, lo que permite que la reacción tenga lugar con una cinética comparable a la cicloadición de Huisgen catalizada por Cu. La tensión del anillo (~18 kcal/mol) surge de la desviación de los ángulos de enlace del ideal de 180 para formar un anillo de ocho miembros, el más pequeño de todos los cicloalquinos. Los sustituyentes de flúor atractores de electrones se eligieron debido a su facilidad de síntesis y compatibilidad con los sistemas biológicos vivos. Además, el grupo no puede producir aceptores de Michael de reacción cruzada que podrían actuar como agentes alquilantes hacia las especies nucleofílicas dentro de las células.
Como la mayoría de los ciclooctinos, DIFO prefiere la conformación de silla tanto en el estado fundamental como en la ruta de tracción de energía mínima, aunque también pueden estar involucrados los estados de transición de bote. La regioselectividad de la fase gaseosa se calcula para favorecer la adición 1,5 sobre la adición 1,4 en hasta 2,9 kcal/mol en energía de activación en la fase gaseosa; las correcciones de solvatación dan las mismas barreras de energía para ambos regioisómeros, lo que explica la mezcla regioisomérica que resulta de las cicloadiciones DIFO. Mientras que el isómero 1,4 se ve desfavorecido por su momento dipolar más grande (todos los sustituyentes ricos en electrones en un lado), la solvatación lo estabiliza más fuertemente que el isómero 1,5 , erosionando la regioselectividad. Los estudios experimentales de Bertozzi informan una proporción de regioisómeros de casi 1:1, lo que confirma la falta prevista de regioselectividad en la adición.