[发明专利]包含潜在的1;3-偶极-官能化合物的方法和由此制备的材料

说明书

本文公开包括潜在的1,3‑偶极‑官能化合物的方法。所述潜在的1,3‑偶极‑官能化合物(例如肟)可用于形成活性的1,3‑偶极‑官能化合物(例如腈氧化物)，后者可用于在偶极环加成反应中与环状炔烃反应。

本申请要求2010年9月27日递交的美国临时申请第61/386841号的权益，其通过引用以其全部结合到本文中。

政府资助

本发明在美国国家卫生研究院的国立癌症研究所(R01 CA88986, G.-J.B.)、国家科学基金会植物基因组计划(IOS-0923992, G.-J.B.)和国家科学基金会(CHE-0449478,V.V.P.)的政府支持下进行。政府对本发明具有一定权利。

背景

已经发现环辛炔与叠氮化物的不含金属的点击环加成反应(clickcycloadditions)得到稳定的1,2,3-三唑，这在标记活细胞的聚糖、蛋白和脂质；蛋白质组学的糖蛋白富集、蛋白和寡核苷酸修饰；以及组织再造工程学方面具有广泛用途。已经铸成“应变促进的炔-叠氮化物环加成反应(SPAAC)”的这些反应，也已经进入材料科学，并且例如已经用于树形分子(dendrimers)的装配、交联和表面修饰；聚合物与纳米结构的衍生化；以及表面的图案修饰。

尽管使叠氮化物与末端炔烃反应具有明显效用，在使用这种反应的生物系统的应用实际上已经受到包括不合需要地存在铜催化剂的因素的限制。因此，对新的生物正交反应(bioorthogonal reactions)继续存在未满足的需求。

概述

在一个方面，本公开提供制备杂环化合物的方法和由此制备的杂环化合物。在一个实施方案中，这种方法包括：提供至少一种潜在的1,3-偶极-官能化合物；把所述至少一种潜在的1,3-偶极-官能化合物转化为至少一种活性的1,3-偶极官能化合物；使所述至少一种活性的1,3-偶极官能化合物与至少一种环状炔烃接触；和使所述至少一种活性的1,3-偶极-官能化合物与所述至少一种环状炔烃，在有效用于环加成反应(例如 [3+2]偶极环加成反应)以形成杂环化合物的条件下，优选地在基本上没有添加的催化剂下反应。任选地，在所述至少一种环状炔烃存在下实施把所述至少一种潜在的1,3-偶极-官能化合物转化为所述至少一种活性的1,3-偶极官能化合物。

在另一方面，本公开提供制备具有一个或多个杂环基的化合物的方法和由此制备的化合物。在一个实施方案中，这种方法包括：合并包括第一组分(具有第一种1,3-偶极-官能团(例如叠氮基))、第二组分(具有潜在的1,3-偶极-官能团，后者可转化为不同于第一种1,3-偶极官能团的第二种活性1,3-偶极官能团)和环状炔烃的组分；使具有第一种1,3-偶极-官能团的第一种组分与环状炔烃，在有效用于环加成反应(例如 [3+2]偶极环加成反应)以形成第一杂环基的条件下反应；把第二种组分的潜在的1,3-偶极-官能团转化为第二种活性1,3-偶极官能团；和使具有第二种活性1,3-偶极-官能团的第二种组分与环状炔烃，在有效用于环加成反应(例如[3+2]偶极环加成反应)以形成第二杂环基的条件下反应。优选地，有效形成一种或两种杂环基的条件包括基本上没有所添加的催化剂。在一些实施方案中，单一化合物包括第一种组分和第二种组分。在其它的实施方案中，第一种组分和第二种组分为不同的化合物。

对于本文描述的方法的某些实施方案，一种或多种潜在的1,3-偶极-官能化合物和/或基团可为肟，和将一种或多种潜在的1,3-偶极-官能化合物和/或基团转化为一种或多种活性的1,3-偶极官能化合物和/或基团可包括将肟转化为腈氧化物。广泛种类的方法可用于将肟转化为腈氧化物。例如，用于将肟转化为腈氧化物的合适方法包括使用温和的氧化剂例如[双(乙酰氧基)碘]苯(BAIB)直接氧化。