Lysinduceret modifikation af en carboxylsyre med en aminocyclopropenon

Forskere ved Kanazawa University rapporterer i Journal of Organic Chemistry at carboxylsyrer, funktionelle grupper indeholdt i biomolekyler, stoffer og materialer, kan let modificeres ved lys-inducerede organiske reaktioner under anvendelse af en aminocyclopropenon. Denne opdagelse åbner nye veje for carboxylsyremodifikation med potentielle anvendelser, herunder bestemmelse af lægemiddelmålproteiner, belysning af proteinfunktion, og syntese af funktionaliserede polymermaterialer.

En fotoudløst reaktion er en kemisk reaktion, der induceres af bestråling med lys. Denne teknik er nyttig til biokemiske undersøgelser med det formål at få bedre indsigt i proteiners struktur og funktion, ved at mærke dem gennem fotoudløste reaktioner. En anden anvendelse af reaktionsmetoden er modifikation af polymerer. Nu, et team af forskere fra Kanazawa University har udviklet en fotoudløst modifikationsreaktion af en carboxylsyre ved hjælp af en aminocyclopropenon.

Forskerne har tidligere rapporteret om den fotoudløste dehydreringskondensering af en carboxylsyre og en amin ved hjælp af en aminocyclopropenon. (En carboxylsyre har en COOH-gruppe, med 'C' angiver kulstof, 'O'-ilt og 'H'-brint. En amin er et organisk molekyle med et nitrogenatom bundet til tre organiske substituenter. En aminocyclopropenon er en organisk forbindelse med en treleddet carbonring substitueret med oxygen og nitrogen.) Bestråling med svagt lys får aminocyclopropenonen til at gennemgå decarbonylering for at producere en meget reaktiv ynamin (A ynamin er en organisk forbindelse, som indeholder en C≡C tripel binding substitueret med nitrogen). Den resulterende ynamin virker som et dehydreringsmiddel til at forbinde carboxylsyren og aminen.

Da forskerholdet undersøgte de detaljerede betingelser for den fotoudløste dehydreringskondensering, de fandt, at en anden reaktion fandt sted under intense lysforhold. I denne reaktion, en isomerblanding af tre ketoner blev fremstillet (en keton har en C=O-dobbeltbinding, med to substituenter bundet til carbonatomet). Ketonerne har substituenter afledt af carboxylsyren og aminocyclopropenon. Med andre ord, carboxylsyren er modificeret med substituenter på aminocyclopropenonen.

Forskerne antog, at reaktionen forløber via de følgende tre trin. (i) En aminocyclopropenon fotolyseres for at producere en ynamin. (ii) En carboxylsyre reagerer med ynaminen for at producere en acyloxyenamin. (En acyloxyenamin er et 1:1 addukt af en carboxylsyre og en ynamin.) (iii) Acyloxyenaminen fotolyseres for at producere en isomer blanding af ketoner. Forskerne isolerede acyloxyenamin-mellemproduktet og undersøgte dets optiske egenskaber og kemiske reaktivitet. Resultaterne af undersøgelsen understøttede kraftigt den hypotetiske mekanisme.

Forskellige primære og sekundære carboxylsyrer inklusive aminosyrederivater blev modificeret med den fotoudløste reaktion. Under optimerede forhold, ketonerne blev opnået i op til 80% kombineret udbytte. Ved at bruge en terminal alkynsubstitueret aminocyclopropenon, alkyngruppen blev indført i en carboxylsyre (alkyn har en C≡C tripelbinding). Fordi forskellige funktionelle grupper selektivt kan introduceres til alkynstilladset ved hjælp af alkynazid-klikkemi, en bred vifte af funktionelle grupper kan indføres i en carboxylsyre ved en kombination af den fototriggede alkynintroduktion og alkynazid-klikreaktionen. Anvendelse af denne fototriggede reaktion til at modificere proteiner og materialer er nu under undersøgelse i forfattergruppen.