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Diazirina

Una diazirina genérica

En química orgánica , las diazirinas son una clase de moléculas orgánicas que consisten en un carbono unido a dos átomos de nitrógeno , que tienen doble enlace entre sí, formando un anillo similar al ciclopropeno , 3 H -diazirina ( >CN 2 ). Son isoméricos con grupos diazocarbonados ( >C=N=N ), y como ellos pueden servir como precursores de carbenos por pérdida de una molécula de dinitrógeno. Por ejemplo, la irradiación de diazirinas con luz ultravioleta conduce a la inserción de carbeno en varios enlaces C-H , N-H y O-H . [1] Por lo tanto, las diazirinas han ganado popularidad como reactivos reticulantes pequeños , fotorreactivos . [2] A menudo se utilizan en estudios de etiquetado de fotoafinidad para observar una variedad de interacciones, incluidas las interacciones ligando -receptor, ligando- enzima , proteína-proteína y proteína- ácido nucleico . [3]

Síntesis

En la bibliografía existen varios métodos para la preparación de diazirinas, que parten de diversos reactivos. [4]

Síntesis a partir de cetonas.

Generalmente, los esquemas sintéticos que comienzan con cetonas ( >C=O ) implican la conversión de la cetona con los sustituyentes deseados en diaziridinas ( >CN 2 H 2 ). A continuación estos diaziridenos se oxidan para formar las diazirinas deseadas.

Las diaziridinas se pueden preparar a partir de cetonas mediante oximación, seguida de tosilación (o mesilación ) y finalmente mediante tratamiento con amoníaco ( NH 3 ). Generalmente, las reacciones de oximación se realizan haciendo reaccionar la cetona con cloruro de hidroxilamonio ( NH 3 OH − Cl + ) bajo calor en presencia de una base como la piridina . [5] [6] La tosilación o mesilación posterior del oxígeno alfa sustituido con cloruro de tosilo o mesilo en presencia de una base produce la tosil o mesiloxima . [7] El tratamiento final de la tosil o mesiloxima con amoníaco produce la diaziridina. [1] [3] [7] [8]

Síntesis de diaziridina genérica por oximación, tosilación y tratamiento con amoníaco.

Las diaziridinas también se pueden producir directamente mediante la reacción de cetonas con amoníaco en presencia de un agente aminante como monocloramina o ácido hidroxilamina O-sulfónico. [9]

Las diaziridinas se pueden oxidar a diazirinas mediante varios métodos. Estos incluyen la oxidación por reactivos a base de cromo como la oxidación de Jones , [10] oxidación por yodo y trietilamina , [5] oxidación por óxido de plata , [11] oxidación por cloruro de oxalilo, [7] o incluso oxidación electroquímica en platino. ánodo de titanio. [12]

Oxidación de Jones de una diaziridina genérica a una diazirina.

Síntesis por reacción de Graham

Alternativamente, las diazirinas se pueden formar en un proceso de un solo recipiente utilizando la reacción de Graham , a partir de amidinas . [13] Esta reacción produce una diazirina halogenada , cuyo halógeno puede ser desplazado por varios reactivos nucleofílicos . [14]

Química

Tras la irradiación con luz ultravioleta, las diazirinas forman especies reactivas de carbeno . El carbeno puede existir en forma singlete, en la que los dos electrones libres ocupan el mismo orbital, o en forma triplete, con dos electrones desapareados en orbitales diferentes.

Las diazirinas se pueden descomponer utilizando luz ultravioleta.

Productos de carbeno triplete o singlete

Los sustituyentes de la diazirina afectan qué especie de carbeno se genera tras la irradiación y la posterior escisión fotolítica. Los sustituyentes de diazirina que son donadores de electrones por naturaleza pueden donar densidad electrónica al orbital p vacío del carbeno que se formará y, por lo tanto, pueden estabilizar el estado singlete. Por ejemplo, la fenildiazirina produce fenilcarbeno en el estado de carbeno singlete [15], mientras que la p-nitrofenilclorodiazirina o la trifluorofenildiazirina producen los respectivos productos de carbeno triplete. [16] [17]

Los sustituyentes donadores de electrones también pueden fomentar la fotoisomerización del compuesto diazo lineal [30] , en lugar del carbeno singlete y, por tanto, estos compuestos son desfavorables para su uso en ensayos biológicos. [18] Por otro lado, las trifluoroarildiazirinas en particular muestran una estabilidad favorable y cualidades fotolíticas [18] y se usan más comúnmente en aplicaciones biológicas. [1]

Arriba se muestran tres diazirinas. La fenildiazirina produce el carbeno singlete, mientras que la trifluorometilfenildiazirina y la p-nitrofenilclorodiazirina producen carbenos en estado triplete.

Los carbenos producidos a partir de diazirinas se apagan rápidamente mediante la reacción con moléculas de agua [19] y, por lo tanto, los rendimientos de los ensayos de reticulación fotorreactivos suelen ser bajos. Sin embargo, como esta característica minimiza el etiquetado inespecífico, en realidad es una ventaja del uso de diazirinas.

Uso en reticulación fotorreactiva.

Las diazirinas se utilizan a menudo como reactivos de reticulación fotorreactivos, ya que los carbenos reactivos que forman tras la irradiación con luz ultravioleta pueden insertarse en enlaces CH, NH y OH. Esto da como resultado un marcaje dependiente de la proximidad de otras especies con el compuesto que contiene diazirina.

Las diazirinas a menudo se prefieren a otros reactivos de reticulación fotorreactivos debido a su tamaño más pequeño, longitud de onda de irradiación más larga, período corto de irradiación requerido y estabilidad en presencia de diversos nucleófilos y en condiciones tanto ácidas como básicas. [20] Las benzofenonas , que forman especies carbonilo tripletes reactivas tras la irradiación, a menudo requieren largos períodos de irradiación que pueden dar lugar a un etiquetado no específico y, además, suelen ser inertes a diversos disolventes polares. [21] Las arilazidas requieren una longitud de onda baja de irradiación, lo que puede dañar las macromoléculas biológicas bajo investigación.

Ejemplos en estudios de etiquetado de receptores.

Las diazirinas se utilizan ampliamente en estudios de etiquetado de receptores. Esto se debe a que los análogos de varios ligandos que contienen diazirina pueden sintetizarse e incubarse con sus respectivos receptores y luego exponerse posteriormente a la luz para producir carbenos reactivos. El carbeno se unirá covalentemente a residuos en el sitio de unión del receptor. El compuesto de carbeno puede incluir una etiqueta o mango bioortogonal mediante el cual se puede aislar la proteína de interés. Luego, la proteína se puede digerir y secuenciar mediante espectrometría de masas para identificar a qué residuos está unido el ligando que contiene carbeno y, por tanto, la identidad del sitio de unión en el receptor.

Ejemplos de diazirinas utilizadas en estudios de etiquetado de receptores incluyen:

Propofol (izquierda) y m -azipropofol, un análogo de diazirina

Ejemplos en estudios de enzima-sustrato.

De manera análoga al marcaje de receptores, también se han utilizado compuestos que contienen diazirina que son análogos de sustratos naturales para identificar zonas de unión de enzimas. Ejemplos incluyen:

Ejemplos en estudios de ácidos nucleicos.

Las diazirinas también se han utilizado en experimentos de etiquetado de fotoafinidad con ácidos nucleicos. Ejemplos incluyen:

Las diazirinas también se han utilizado para estudiar las interacciones entre proteínas y lípidos, por ejemplo, la interacción de varios esfingolípidos con proteínas in vivo. [29]

Referencias

  1. ^ abc Dubinsky, Luba; Krom, Bastiaan P.; Meijler, Michael M. (15 de enero de 2012). "Etiquetado de fotoafinidad a base de diazirina". Química bioorgánica y medicinal . Proteómica Química. 20 (2): 554–570. doi :10.1016/j.bmc.2011.06.066. PMID  21778062.
  2. ^ Colina, James R.; Robertson, Avril AB (2018). "Pesca de objetivos farmacológicos: un enfoque en la síntesis de la sonda de fotoafinidad de diazirina". Revista de Química Medicinal . 61 (16): 6945–6963. doi :10.1021/acs.jmedchem.7b01561. PMID  29683660.
  3. ^ ab Sinz, Andrea (1 de abril de 2007). "Investigación de interacciones proteína-ligando mediante espectrometría de masas". ChemMedChem . 2 (4): 425–431. doi :10.1002/cmdc.200600298. ISSN  1860-7187. PMID  17299828. S2CID  23769515.
  4. ^ Colina, James R.; Robertson, Avril AB (2018). "Pesca de objetivos farmacológicos: un enfoque en la síntesis de la sonda de fotoafinidad de diazirina". Revista de Química Medicinal . 61 (16): 6945–6963. doi :10.1021/acs.jmedchem.7b01561. PMID  29683660.
  5. ^ ab Burkard, Nadja; Bender, Tobías; Westmeier, Johannes; Nardmann, Christin; Huss, Marcos; Wieczorek, Helmut; Grond, Stephanie; von Zezschwitz, Paultheo (1 de abril de 2010). "Nuevas etiquetas fluoradas de fotoafinidad (F-PAL) y su aplicación en estudios de inhibición de V-ATPasa". Revista europea de química orgánica . 2010 (11): 2176–2181. doi :10.1002/ejoc.200901463. ISSN  1099-0690.
  6. ^ Canción, Zhiquan; Zhang, Qisheng (5 de noviembre de 2009). "Reactivos de etiquetado de fotoafinidad de arildiazirina fluorada". Cartas Orgánicas . 11 (21): 4882–4885. doi :10.1021/ol901955y. ISSN  1523-7060. PMID  19807115.
  7. ^ abc Kumar, Nag S.; Joven, Robert N. (1 de agosto de 2009). "Diseño y síntesis de un grupo funcional 3- (1,1-difluoroprop-2-inil) -3H-diazirin-3-ilo todo en uno para etiquetado por fotoafinidad". Química bioorgánica y medicinal . 17 (15): 5388–5395. doi :10.1016/j.bmc.2009.06.048. PMID  19604700.
  8. ^ Gu, min; Yan, Jianbin; Bai, Zhiyan; Chen, Yue-Ting; Lu, Wei; Tang, Jie; Duan, Liusheng; Xie, Daoxin; Nan, Fa-Jun (1 de mayo de 2010). "Diseño y síntesis de sondas de fotoafinidad de jasmonatos marcadas con biotina". Química bioorgánica y medicinal . 18 (9): 3012–3019. doi :10.1016/j.bmc.2010.03.059. PMID  20395151.
  9. ^ Dubinsky, Luba; Jarosz, Lucja M.; Amara, Neri; Krief, Pnina; Kravchenko, Vladimir V.; Krom, Bastiaan P.; Meijler, Michael M. (24 de noviembre de 2009). "Síntesis y validación de una sonda para identificar receptores de detección de quórum". Comunicaciones químicas (47): 7378–7380. doi :10.1039/b917507e. PMID  20024234.
  10. ^ Wagner, Gerald; Loma, Wolfgang; Bobek, Michael M.; Brecker, Lotario; van Herwijnen, Hendrikus WG; Brinker, Udo H. (15 de enero de 2010). "Relaciones estructura-reactividad: reacciones de un aziadamantano sustituido en 5 en un cavitand a base de resorcina [4] areno". Cartas Orgánicas . 12 (2): 332–335. doi :10.1021/ol902667a. ISSN  1523-7060. PMID  20017550.
  11. ^ Al-Omari, Mohammad; Banert, Klaus; Hagedorn, Manfred (1 de enero de 2006). "Bi-3H-diazirin-3-ilos como precursores de cicloalquinos altamente tensos". Edición internacional Angewandte Chemie . 45 (2): 309–311. doi :10.1002/anie.200503124. ISSN  1521-3773. PMID  16372311.
  12. ^ Vedenyapina, MD; Kuznetsov, VV; Nizhnikovskii, EA; Strel'tsova, ED; Makhova, NN; Struchkova, MI; Vedenyapin, AA (1 de noviembre de 2006). "Síntesis electroquímica de pentametilendiazirina". Boletín químico ruso . 55 (11): 2013-2015. doi :10.1007/s11172-006-0544-0. ISSN  1066-5285. S2CID  97472127.
  13. ^ Graham, WH (1 de octubre de 1965). "La halogenación de amidinas. I. Síntesis de 3-halo y otras diazirinas sustituidas negativamente1". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 87 (19): 4396–4397. doi :10.1021/ja00947a040. ISSN  0002-7863.
  14. ^ Moss, Robert A. (9 de febrero de 2006). "Diazirinas: precursores de carbeno por excelencia". Cuentas de la investigación química . 39 (4): 267–272. doi :10.1021/ar050155h. ISSN  0001-4842. PMID  16618094.
  15. ^ Zhang, Yunlong; Burdzinski, Gotard; Kubicki, Jacek; Platz, Matthew S. (3 de diciembre de 2008). "Observación directa de la formación de carbeno y diazo a partir de arildiazirinas mediante espectroscopia infrarroja ultrarrápida". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 130 (48): 16134–16135. doi :10.1021/ja805922b. ISSN  0002-7863. PMID  18998681.
  16. ^ Noller, Bastián; Poisson, Lionel; Maksimenka, Raman; Goberto, Oliver; Fischer, Ingo; Mestdagh, JM (2 de abril de 2009). "Dinámica ultrarrápida de fenilcarbenos aislados seguida de imágenes de mapas de velocidad resueltas en el tiempo en femtosegundos". La Revista de Química Física A. 113 (13): 3041–3050. Código Bib : 2009JPCA..113.3041N. doi :10.1021/jp810974m. ISSN  1089-5639. PMID  19245233.
  17. ^ Noller, Bastián; Hemberger, Patricio; Fischer, Ingo; Alcaraz, Cristiano; García, Gustavo A.; Soldi-Lose, Héloïse (23 de junio de 2009). "La fotoionización de dos fenilcarbenos y sus precursores de diazirina investigada mediante radiación sincrotrón". Química Física Física Química . 11 (26): 5384–5391. Código Bib : 2009PCCP...11.5384N. doi :10.1039/b823269e. PMID  19551206.
  18. ^ ab Brunner, J.; Senn, H.; Richards, FM (25 de abril de 1980). "3-Trifluorometil-3-fenildiazirina. Un nuevo grupo generador de carbeno para reactivos de fotomarcaje". La Revista de Química Biológica . 255 (8): 3313–3318. doi : 10.1016/S0021-9258(19)85701-0 . ISSN  0021-9258. PMID  7364745.
  19. ^ Wang, Jin; Kubicki, Jacek; Peng, Huolei; Platz, Matthew S. (1 de mayo de 2008). "Influencia del disolvente en las tasas de cruce entre sistemas de carbeno". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 130 (20): 6604–6609. doi :10.1021/ja711385t. ISSN  0002-7863. PMID  18433130.
  20. ^ Hatanaka, Yasumaru; Sadakane, Yutaka (1 de marzo de 2002). "Etiquetado de fotoafinidad en el descubrimiento y desarrollo de fármacos: puerta de entrada química para entrar en la frontera proteómica". Temas actuales en química medicinal . 2 (3): 271–288. doi :10.2174/1568026023394182. ISSN  1568-0266. PMID  11944820.
  21. ^ Prestwich, Glenn D.; Dormán, György; Elliott, John T.; Marecak, Dale M.; Chaudhary, Anu (1 de febrero de 1997). "Fotosondas de benzofenona para fosfoinosítidos, péptidos y fármacos". Fotoquímica y Fotobiología . 65 (2): 222–234. doi :10.1111/j.1751-1097.1997.tb08548.x. ISSN  1751-1097. PMID  9066302. S2CID  12577596.
  22. ^ Kinoshita, Toshinori; Caño-Delgado, Ana; Seto, Hideharu; Hiranuma, Sayoko; Fujioka, Shozo; Yoshida, Shigeo; Chory, Joanne (2005). "Unión de brasinosteroides al dominio extracelular del receptor quinasa vegetal BRI1". Naturaleza . 433 (7022): 167–171. Código Bib :2005Natur.433..167K. doi : 10.1038/naturaleza03227. PMID  15650741. S2CID  4379617.
  23. ^ Balas, Laurence; Durand, Thierry; Saha, Sattyabrata; Johnson, Inneke; Mukhopadhyay, Somnath (26 de febrero de 2009). "Síntesis total de sondas de anandamida fotoactivables o fluorescentes: nuevos compuestos bioactivos con actividad angiogénica". Revista de Química Medicinal . 52 (4): 1005-1017. doi :10.1021/jm8011382. ISSN  0022-2623. PMID  19161308.
  24. ^ Salón, Michael A.; Xi, Jin; Lor, Chong; Dai, Shuiping; Pearce, Robert; Dailey, William P.; Eckenhoff, Roderic G. (12 de agosto de 2010). "m-Azipropofol (AziPm), un análogo fotoactivo del anestésico general intravenoso propofol". Revista de Química Medicinal . 53 (15): 5667–5675. doi :10.1021/jm1004072. ISSN  0022-2623. PMC 2917171 . PMID  20597506. 
  25. ^ Chee, Gaik-Lean; Yalowich, Jack C.; Bodner, Andrés; Wu, Xing; Hasinoff, Brian B. (15 de enero de 2010). "Una sonda de etopósido de fotoafinidad a base de diazirina para marcar la topoisomerasa II". Química bioorgánica y medicinal . 18 (2): 830–838. doi :10.1016/j.bmc.2009.11.048. PMC 2818565 . PMID  20006518. 
  26. ^ Fuwa, Haruhiko; Takahashi, Yasuko; Konno, Yu; Watanabe, Naoto; Miyashita, Hiroyuki; Sasaki, Makoto; Natsugari, Hideaki; Kan, Toshiyuki; Fukuyama, Tohru (1 de junio de 2007). "Síntesis divergente de sondas moleculares multifuncionales para dilucidar la especificidad enzimática de los inhibidores dipeptídicos de γ-secretasa". Biología Química ACS . 2 (6): 408–418. doi :10.1021/cb700073y. ISSN  1554-8929. PMID  17530731.
  27. ^ Liebmann, Meike; Di Pasquale, Francesca; Marx, Andreas (4 de diciembre de 2006). "Un nuevo componente fotoactivo para la investigación de las interacciones de la columna vertebral del ADN: etiquetado de fotoafinidad de la ADN polimerasa β humana". ChemBioChem . 7 (12): 1965–1969. doi :10.1002/cbic.200600333. ISSN  1439-7633. PMID  17106908. S2CID  22908416.
  28. ^ Winnacker, Malta; Breeger, Sascha; Strasser, Ralf; Carell, Thomas (5 de enero de 2009). "Nuevas sondas de fotoafinidad de ADN que contienen diazirina para la investigación de interacciones ADN-proteína". ChemBioChem . 10 (1): 109–118. doi :10.1002/cbic.200800397. ISSN  1439-7633. PMID  19012292. S2CID  5605171.
  29. ^ Yamamoto, Tetsuya; Hasegawa, Hiroko; Hakogi, Toshikazu; Katsumura, Shigeo (1 de noviembre de 2006). "Método sintético versátil para esfingolípidos y derivados de esfingosina funcionalizados mediante metátesis cruzada de olefinas". Cartas Orgánicas . 8 (24): 5569–5572. doi :10.1021/ol062258l. ISSN  1523-7060. PMID  17107074.

30. SM Korneev: Isomerización de valencia entre compuestos diazo y diazirinas . En: euros. J. Org. Química. (2011), Banda 31, S. 6153–6175, doi:10.1002/ejoc.201100224