Циклические алкины – молекулы, содержащие тройную связь в составе циклической цепи, представляют огромный интерес для химиков, как с точки зрения синтетической органической химии, так и для теоретического изучения реакционной способности напряженных молекул. За последние 15 лет термин «циклооктин» стал широко знаком не только химикам, но и биологам, биохимикам, ввиду мощного развития чрезвычайно важного метода биоконъюгации – SPAAC-реакции – циклоприсоединения азидов к алкинам, промотируемого напряжением в цикле.[1] SPAAC является практически универсальной биоортогональной клик-реакцией для биоконъюгации. Суть процесса заключается во взаимодействии циклоалкинов с азидами без необходимости катализировать процесс токсичными ионами меди (I). Реакция биоортогональна, то есть протекает в живых системах не влияя на их естественный метаболизм, и не подвергаясь воздействию извне (циклоалкины хемоселективно взаимодействуют только с азидными группами, и не реагируют с другими функциями биомолекул –SH, NH2, COOH, etc.). При этом реагирующие функциональные группы (тройная связь внутри цикла и азидная функция) не содержатся в живых системах, но могут быть введены в биомолекулы без ущерба для их стабильности и активности при помощи отработанных специфических методов биомодификации. SPAAC биоконъюгация позволяет направленно вводить флуоресцентные метки в клетки, ткани, организмы, дает возможность модифицировать поверхность клеток для проведения последующих специфических взаимодействий антиген-антитело, белок-белок, ДНК-белок и т.д. [2] Кроме этого SPAAC набирает популярность в области биоинженерных клеточных технологий, адресной доставки лекарств [3]. Важное синтетическое применение SPAAC нашла также в химии высокомолекулярных соединений как для построения полимерных молекул, так и для их постсинтетической модификации [4].
Несмотря на широкое использование SPAAC реагентов для биоконъюгации, у имеющихся циклоалкинов есть ряд недостатков, к которым относятся: 1) Несбалансированность соотношения стабильность / активность 2) Высокая гидрофобность, что может негативно сказываться на свойствах биологических объектов после модификации 3) Наличие лишь одного сайта для модификации; 4) многостадийные синтезы с использованием дорогостоящих реагентов, позволяющие получать единичные представители структур одного ряда
Поэтому необходимость в новых доступных SPAAC реагентах с оптимальным балансом стабильность / активность, позволяющих решать все более сложные биологические задачи, является актуальной проблемой.
Пути решения обозначенной проблемы заключаются в направленном структурном дизайне новых циклоалкиновых молекул с привлечением современных методов квантовой химии, и разработке эффективных синтетических подходов для их получения.