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双吖丙啶

3H-双吖丙啶(英语:3H-Diazirine)是一种含杂环有机化合物,分子式为CH2N2,分子中氮原子以双键连接,形成类似环丙烯的结构。双吖丙啶[註 1]有一个分子中氮以单键连接的同分异构体

3H-二氮丙啶
英文名 3H-Diazirine
别名 二氮杂环丙烯
识别
CAS号 157-22-2  
PubChem 78958
ChemSpider 71291
SMILES
Beilstein 605387
ChEBI 51620
性质
化学式 CH2N2
摩尔质量 42.04 g·mol−1
相关物质
相关化学品 1H-Diazirene
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。
通常的双吖丙啶结构

3H-双吖丙啶可以作为卡宾的前体,例如用紫外线照射双吖丙啶能使之分解为氮气和对应卡宾[1]。因此,双吖丙啶作为小型光反应性交联剂越来越受欢迎[2]。经常被用于光亲和标记英语photoaffinity labeling研究,来观察各种相互作用,包括配体-受体、配体-酶、蛋白质-蛋白质和蛋白质-核酸间的相互作用[3]

合成

酮合成

合成双吖丙啶,通常先由对应酮与羟胺在碱性存在(如吡啶)下,加入盐酸羟胺加热肟化[4][5],在碱与对甲苯磺酰氯的作用下发生Neber重排反应,最后用处理得到双吖丙啶结构[1][3][6][7]

 
由酮合成双吖丙啶的步骤。

双吖丙啶也可以直接由酮与氨和氯胺作用下直接得到二氮杂环丙烷,再利用氧化银氧化得到双吖丙啶[8][9]。双吖丙啶可以由多种氧化剂氧化二氮杂环丙烷结构而来,例如Jones氧化 [10]三乙胺氧化[4] 、氧化银氧化[11]草酰氯氧化[6]、铂钛电极电化学氧化[12]

 
通过Jones氧化反应合成双吖丙啶。

脒合成

合成双吖丙啶,该反应称为Graham反应英语Graham reaction,可以一锅法合成卤代双吖丙啶[13],其上的卤原子可以被亲核试剂取代[14]

 
Graham反应使用次卤酸钠氧化脒合成双吖丙啶。
 
使用抗衡离子四丁基铵盐英语tetrabutylammonium和亲核离子可以取代其上卤原子。

化学研究

用紫外线辐照后,双吖丙啶会产生单线态三线态的对应卡宾。

 
双吖丙啶紫外光分解。

双吖丙啶上的取代基会影响其光解后生成卡宾电子的分布状态,双吖丙啶环可以向卡宾碳空p轨道中提供电子,因此得到单线态卡宾分子。例如:苯基双吖丙啶产生的卡宾是单线态的[15],而三氟甲基苯基双吖丙啶与对硝基苯基双吖丙啶产生的卡宾是三线态的[16][17]

除了分解为卡宾外,给电子取代基会引发光异构化反应使双吖丙啶环异构为线性的重氮结构,而此类物质不适合用于生物学化验[18]。相对的,三氟甲基芳基双吖丙啶表现出良好的化学稳定性和光解卡宾产率[18],能广泛用于生物学研究[1]

 
不同取代基的双吖丙啶产生的卡宾电子状态不同。

双吖丙啶产生的卡宾遇水会快速淬灭 [19],因此光反应性交联实验的产率通常很低。然而,由此大量减少的非特异性标记也是使用双吖丙啶的一个优势。

生物研究

双吖丙啶可以用作光反应性交联剂,光解产生的卡宾可以插入C-H、N-H和O-H键,实现其他物质与双吖丙啶环的邻近依赖性标记英语proximity labeling。 由于双吖丙啶拥有较小的体积、较长的辐射波长、短辐照时间、对酸碱稳定的优点,是最常用的光反应性交联剂[20]

二苯甲酮在长时间辐照后产生三线态卡宾,可能会产生许多非特异性标记,而且通常对各种极性溶剂呈化学惰性[21]。芳基叠氮化物则需要低波长的辐照,可能会破坏目标生物大分子。

受体标记研究

双吖丙啶可以合成含各种配体的类似物并与对应受体一同孵育,然后光解产生对应卡宾,卡宾将与特征受体结合点的共价残基结合。该卡宾化合物包括生物正交标记或处理,并以此分离感兴趣的蛋白质。通过质谱对蛋白质进行消化和测序,鉴定卡宾与哪些残基结合,来确定受体中的结合点位。

受体标记研究中使用双吖丙啶的例子有:

  • Kinoshita等人通过使用含双吖丙啶交联结构和生物素标签的植物激素类似物进行分离,发现了油菜素类固醇植物激素的油菜素类固醇受体,并推动了类似的其他植物激素研究[22]
 
油菜素类固醇双吖丙啶类似物
 
 
丙泊酚 (左) 与其类似物m-Azipropofol

酶底物研究

类似于受体标记的方法,含有双吖丙啶的天然底物类似物可用于判定酶的键合口袋,例如:

 
依托泊苷类似物

核酸研究

双吖丙啶也被用于涉及核酸的光亲核标记实验,例如:

  • DNA聚合物中的核苷酸糖上结合双吖丙啶结构来研究DNA小沟和DNA聚合酶间的相互作用[26]
 
核苷糖类似物
  • DNA聚合物中的核苷酸碱基上结合双吖丙啶结构来研究蛋白质修复DNA的模式[27]
 
胸苷类似物
  • 双吖丙啶被用于研究蛋白质脂质相互作用,例如鞘脂和体内蛋白质的相互作用。

备注

  1. ^ 下文如无注明,则均以双吖丙啶指代3H-diazirine

参见

参考文献

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双吖丙啶, 提示, 此条目的主题不是二氮丙啶, 英语, diazirine, 是一种含氮的杂环有机化合物, 分子式为ch2n2, 分子中氮原子以双键连接, 形成类似环丙烯的结构, 有一个分子中氮以单键连接的同分异构体, 二氮丙啶英文名, diazirine别名, 二氮杂环丙烯识别cas号, pubchem, 78958chemspider, 71291smiles, n1beilstein, 605387chebi, 51620性质化学式, ch2n2摩尔质量, 1相关物质相关化学品, diazirene若非注明,. 提示 此条目的主题不是二氮丙啶 3H 双吖丙啶 英语 3H Diazirine 是一种含氮的杂环有机化合物 分子式为CH2N2 分子中氮原子以双键连接 形成类似环丙烯的结构 双吖丙啶 註 1 有一个分子中氮以单键连接的同分异构体 3H 二氮丙啶英文名 3H Diazirine别名 二氮杂环丙烯识别CAS号 157 22 2 PubChem 78958ChemSpider 71291SMILES C1N N1Beilstein 605387ChEBI 51620性质化学式 CH2N2摩尔质量 42 04 g mol 1相关物质相关化学品 1H Diazirene若非注明 所有数据均出自标准状态 25 100 kPa 下 通常的双吖丙啶结构 3H 双吖丙啶可以作为卡宾的前体 例如用紫外线照射双吖丙啶能使之分解为氮气和对应卡宾 1 因此 双吖丙啶作为小型光反应性交联剂越来越受欢迎 2 经常被用于光亲和标记 英语 photoaffinity labeling 研究 来观察各种相互作用 包括配体 受体 配体 酶 蛋白质 蛋白质和蛋白质 核酸间的相互作用 3 目录 1 合成 1 1 酮合成 1 2 脒合成 2 化学研究 3 生物研究 3 1 受体标记研究 3 2 酶底物研究 3 3 核酸研究 4 备注 5 参见 6 参考文献合成 编辑酮合成 编辑 由酮合成双吖丙啶 通常先由对应酮与羟胺在碱性存在 如吡啶 下 加入盐酸羟胺加热肟化 4 5 在碱与对甲苯磺酰氯的作用下发生Neber重排反应 最后用氨处理得到双吖丙啶结构 1 3 6 7 由酮合成双吖丙啶的步骤 双吖丙啶也可以直接由酮与氨和氯胺作用下直接得到二氮杂环丙烷 再利用氧化银氧化得到双吖丙啶 8 9 双吖丙啶可以由多种氧化剂氧化二氮杂环丙烷结构而来 例如Jones氧化 10 碘和三乙胺氧化 4 氧化银氧化 11 草酰氯氧化 6 铂钛电极电化学氧化 12 通过Jones氧化反应合成双吖丙啶 脒合成 编辑 由脒合成双吖丙啶 该反应称为Graham反应 英语 Graham reaction 可以一锅法合成卤代双吖丙啶 13 其上的卤原子可以被亲核试剂取代 14 Graham反应使用次卤酸钠氧化脒合成双吖丙啶 使用抗衡离子四丁基铵盐 英语 tetrabutylammonium 和亲核离子可以取代其上卤原子 化学研究 编辑用紫外线辐照后 双吖丙啶会产生单线态或三线态的对应卡宾 双吖丙啶紫外光分解 双吖丙啶上的取代基会影响其光解后生成卡宾电子的分布状态 双吖丙啶环可以向卡宾碳空p轨道中提供电子 因此得到单线态卡宾分子 例如 苯基双吖丙啶产生的卡宾是单线态的 15 而三氟甲基苯基双吖丙啶与对硝基苯基双吖丙啶产生的卡宾是三线态的 16 17 除了分解为卡宾外 给电子取代基会引发光异构化反应使双吖丙啶环异构为线性的重氮结构 而此类物质不适合用于生物学化验 18 相对的 三氟甲基芳基双吖丙啶表现出良好的化学稳定性和光解卡宾产率 18 能广泛用于生物学研究 1 不同取代基的双吖丙啶产生的卡宾电子状态不同 双吖丙啶产生的卡宾遇水会快速淬灭 19 因此光反应性交联实验的产率通常很低 然而 由此大量减少的非特异性标记也是使用双吖丙啶的一个优势 生物研究 编辑双吖丙啶可以用作光反应性交联剂 光解产生的卡宾可以插入C H N H和O H键 实现其他物质与双吖丙啶环的邻近依赖性标记 英语 proximity labeling 由于双吖丙啶拥有较小的体积 较长的辐射波长 短辐照时间 对酸碱稳定的优点 是最常用的光反应性交联剂 20 二苯甲酮在长时间辐照后产生三线态卡宾 可能会产生许多非特异性标记 而且通常对各种极性溶剂呈化学惰性 21 芳基叠氮化物则需要低波长的辐照 可能会破坏目标生物大分子 受体标记研究 编辑 双吖丙啶可以合成含各种配体的类似物并与对应受体一同孵育 然后光解产生对应卡宾 卡宾将与特征受体结合点的共价残基结合 该卡宾化合物包括生物正交标记或处理 并以此分离感兴趣的蛋白质 通过质谱对蛋白质进行消化和测序 鉴定卡宾与哪些残基结合 来确定受体中的结合点位 受体标记研究中使用双吖丙啶的例子有 Kinoshita等人通过使用含双吖丙啶交联结构和生物素标签的植物激素类似物进行分离 发现了油菜素类固醇植物激素的油菜素类固醇受体 并推动了类似的其他植物激素研究 22 油菜素类固醇双吖丙啶类似物 Balas等人 23 通过含双吖丙啶结构的花生四烯酸乙醇胺类似物探针发现了新型非CB1 CB2大麻素受体 安眠药丙泊酚在GABAA受体键合腔内使用含双吖丙啶结构的丙泊酚类似物 24 丙泊酚 左 与其类似物m Azipropofol 酶底物研究 编辑 类似于受体标记的方法 含有双吖丙啶的天然底物类似物可用于判定酶的键合口袋 例如 合成含有双吖丙啶结构的依托泊苷类似物 一种被广泛使用的靶向二型拓扑异构酶 被寄望用于寻找依托泊苷的结合位点 25 依托泊苷类似物 核酸研究 编辑 双吖丙啶也被用于涉及核酸的光亲核标记实验 例如 DNA聚合物中的核苷酸糖上结合双吖丙啶结构来研究DNA小沟和DNA聚合酶间的相互作用 26 核苷糖类似物 DNA聚合物中的核苷酸碱基上结合双吖丙啶结构来研究蛋白质修复DNA的模式 27 胸苷类似物 双吖丙啶被用于研究蛋白质脂质相互作用 例如鞘脂和体内蛋白质的相互作用 备注 编辑 下文如无注明 则均以双吖丙啶指代3H diazirine参见 编辑氮杂环丙烷 二氮杂环丙烷 氧氮环丙烷参考文献 编辑 1 0 1 1 1 2 Dubinsky Luba Krom Bastiaan P Meijler Michael M Diazirine based photoaffinity labeling Bioorganic amp Medicinal Chemistry Chemical Proteomics 2012 01 15 20 2 554 570 PMID 21778062 doi 10 1016 j bmc 2011 06 066 Hill James R Robertson Avril A B Fishing for Drug Targets A Focus on Diazirine Photoaffinity Probe Synthesis Journal of Medicinal Chemistry 2018 61 16 6945 6963 2021 12 06 PMID 29683660 doi 10 1021 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