[发明专利]用于生物正交反应的双环[4.1.0]庚烷亚硝基脲衍生物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种用于生物正交反应的双环[4.1.0]庚烷亚硝基脲衍生物及其制备方法与应用。结构式如式Ⅰ所示，R表示碳原子数为1～15的烷基、碳原子数为6～15的芳基或H；X表示O或N；n为1～10之间的自然数。本发明首次提供了pH引发的反式环庚烯与四嗪的IEDDA反应，并可作为生物正交反应。本发明通过引入双环亚硝基脲衍生物—双环[4.1.0]庚烷亚硝基脲衍生物作为储存和释放反式环庚烯的前体，即利用了反式环庚烯的高活性，又尽量避免了其不稳定性。本发明提供的pH引发的生物正交反应能够应用于体外蛋白标记、活细胞成像和组织的预标记成像，同时也能应用于活体动物肿瘤预标记成像。

技术领域

本发明涉及一种用于生物正交反应的双环[4.1.0]庚烷亚硝基脲衍生物及其制备方 法与应用，属于化学生物学技术领域。

背景技术

自2000年Bertozzi首次将施陶丁格反应应用到化学生物学以来，许多新型的生物正交反应逐渐发展起来。从反应模式上看，现有的生物正交反应大致可分为两类：一 类是“一站式反应”(图1A))，目前已知的大多数生物正交反应都是此种类型，如施 陶丁格反应、铜催化的炔烃/叠氮[3+2]环加成以及环张力驱动的烯烃/四嗪[4+2]环加成 反应。相比之下，另一反应类型则是采用“诱发-释放-结合”模型，即在某种因素诱 导下，释放出潜在的生物正交子，继而与另一个正交子反应。此类生物正交反应的典 型代表包括：光催化诱导的四氮唑/烯烃的1,3-偶极环加成、光催化诱导的环丙烯酮/ 叠氮[3+2]环加成以及光催化诱导的邻羟基苯甲醇/乙烯醚[4+2]环加成(图1B))。虽然 这两类生物正交反应都有很好的适用性，但是第二类反应相比于第一类，有着实时可 控的特点。发展具有时空可控的生物反应一直以来都是化学生物学研究孜孜以求的目 标，但目前能满足这一要求的反应非常有限，且绝大多数都是建立在光化学转化的基 础上。光照激发虽然是一种有效的控制化学反应进程的手段，由于大多数常见的光源 (如紫外光和可见光)组织穿透性较差，并且有潜在光毒性问题，因此其在生物体中 的应用受到一定限制。由于生物正交反应的终极目标是应用于活体动物甚至人类，所 以发展能够应用于活体生物的可控性生物正交反应十分必要。

理想的生物正交反应除了要有时空可控性，还需要有较快的反应速率以及良好的生物兼容性。在目前已知的生物正交反应中，反式环辛烯(TCO)与四嗪的逆电子需 求的狄尔斯-阿尔德反应(IEDDA)具有极高的反应速率。这种类型的反应最初由Fox 教授于2008年首次报道，自此，该类生物正交反应脱颖而出，已成为目前最流行和最 有效的生物正交反应。但是，TCO及其相关类似物由于自身高张力原因，很容易在复 杂的生物体系中发生双键顺反异构而失活，使得该类型反应不能在拥有较高反应速率 的同时保持良好的生物兼容性。因此，对于化学家来说，发展新型环张力驱动的生物 正交反应并使其在高反应速率和良好生物兼容性之间实现一种平衡，仍然是一个相当 具有挑战性的任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生物正交反应的双环[4.1.0]庚烷亚硝基脲衍生物及 其制备方法与应用，所述双环[4.1.0]庚烷亚硝基脲衍生物可在pH诱导下生成反式环庚烯，然后与四嗪进行IEDDA环加成反应；本发明以亚硝基脲结构单元作为化学开关， 通过调控反应体系pH，实现生物正交反应的“开”和“关”可控性。

本发明所提供的双环[4.1.0]庚烷亚硝基脲衍生物，其结构式如式Ⅰ所示；

式Ⅰ中，R表示碳原子数为1～15烷基、碳原子数为6～15的芳基或H；

X表示O或N；

n为1～10之间的自然数。

所述双环[4.1.0]庚烷亚硝基脲衍生物优选为式Ⅰ-1：

其中，X为O，R为H，n为1。

本发明还提供了所述双环[4.1.0]庚烷亚硝基脲衍生物的制备方法，包括如下步骤：