アジド-アルキン付加環化（Huisgen付加環化）は多種多様な官能基に直交性を持つため、生体共役反応として用いられる。室温程度での反応加速を達成すべく銅触媒などの添加が必要となるが、得てしてその毒性が問題となり、生細胞系での使用には適していない。

その問題解決を意図してC. R. Bertozziらは、電子不足な歪アルキンを用いるアジド-アルキン付加環化反応(strain-promoted azide-alkyne cycloaddition, SPAAC)を開発した。本反応は銅触媒非存在下に生体条件下でも問題なく進行し、アジド含有タンパク質・細胞などの特異的ラベル化に活用可能であることが実証されている。

歪シクロアルケン―テトラジン逆電子要請型Diels-Alder反応も、同様の目的で用いることができる。こちらの方が反応速度は速い傾向にある。

基本文献

• Wittig, G.; Krebs, A. Chem. Ber. 1961, 94, 3260. DOI: 10.1002/cber.19610941213
• Agard, N. J.; Prescher, J. A.; Bertozzi, C. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15046. DOI: 10.1021/ja044996f
• Baskin, J. M.; Prescher, J. A.; Laughlin, S. T.; Agard, N. J.; Chang, P. V.; Miller, I. A.; Lo, A.; Codelli, J. A. Bertozzi, C. R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 16793. doi:10.1073/pnas.0707090104
• Chang, P. V.; Prescher, J. A.; Sletten, E. M.; Baskin, J. M.; Miller, I. A.; Agard, N. J.; Lo, A.; Bertozzi, C. R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010,  107, 1821. doi:10.1073/pnas.0911116107
• Nikić, I.; Kang, J. H.; Girona, G. E.; Aramburu, I. K.; Lemke, E. A. Nat. Protoc. 2015, 10, 780. doi:10.1038/nprot.2015.045

<Review>

• Jewett, J. C.; Bertozzi, C. R. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 1272. doi:10.1039/B901970G
• Debets, M. F.; van Berkel,  S. S.; Dommerholt, J.; Dirks, A. J.; Rutjes, F. P. T. J.; van Delft, F. L. Acc. Chem. Res. 2011, 44, 805. DOI: 10.1021/ar200059z
• Escorihuela, J.; Marcelis, A. T. M.; Zuilhof, H. Adv. Mater. Interface 2015, 2, 1500135. DOI: 10.1002/admi.201500135
• Dommerholt, J.; Rutjes, F. P. J. T.; van Delft, F. L. Top. Curr. Chem. 2016, 374, 16. doi:10.1007/s41061-016-0016-4

原理・反応機構

電子不足かつ歪みエネルギーが大きい（≒sp²炭素豊富骨格に組み込まれた）アルキンほど反応速度が速くなる[1]。大まかなアルキン基質の反応速度は以下の順列[2]に従う。ただし、反応性の高いアルキンは化学的不安定性に懸念があることが多いので注意が必要。

反応例

ダブルNicholas反応によって合成されるヘテロ原子置換型歪シクロアルキンDACNは、SPAAC反応の良い基質となりつつも、化学的に安定である[3]。試薬は市販されている。

BCNは合成および入手が容易で、市販もされているため、多くの事例で活用されている[4]。

実験手順

実験のコツ・テクニック

※AAC反応に用いられる銅-配位子の組み合わせについて各種細胞毒性が調べられており、その毒性については配位子によって大きく変わるとの報告がある[5]。総じてIC₅₀＝10～200 μMの範囲にある。

参考文献

1. Bach, R. D. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5233. doi:10.1021/ja8094137
2. Ramil, C. P.; Lin, Q. Chem. Commun. 2013, 49, 11007. DOI: 10.1039/c3cc44272a
3. Ni, R.; Mitsuda, N.; Kashiwagi, T.; Igawa, K.; Tomooka, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1190.  DOI: 10.1002/anie.201409910
4. Dommerholt, J.; Schmidt, S.; Temming, R.; Hendriks, L. J.; Rutjes, F. P.; van Hest, J. C.; Lefeber, D. J.; Friedl, P.; van Delft, F. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 9422. doi:10.1002/anie.201003761
5. Kennedy, D. C.; McKay, C. S.; Legault, M. C. B.; Danielson, D. C.; Blake, J. A.; Pegoraro, A. F.; Stolow, A.; Mester, Z.; Pezacki, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 17993. doi:10.1021/ja2083027

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外部リンク

• Bertozzi Research Group
• Bioorthogonal Chemistry – Wikipedia
• Copper-Free Click Chemistry (Sigma-Aldrich)