Diazirina - Diazirine
|
|||
| Identificadores | |||
|---|---|---|---|
|
Modelo 3D ( JSmol )
|
|||
| 605387 | |||
| CHEBI | |||
| ChemSpider | |||
|
PubChem CID
|
|||
|
Tablero CompTox ( EPA )
|
|||
|
|||
|
|||
| Propiedades | |||
| C H 2 N 2 | |||
| Masa molar | 42,041 g · mol −1 | ||
| Compuestos relacionados | |||
|
Compuestos relacionados
|
1H-Diazirene | ||
|
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|||
| Referencias de Infobox | |||
Las diazirinas son una clase de moléculas orgánicas que consisten en un carbono unido a dos átomos de nitrógeno, que están doblemente unidos entre sí, formando un anillo similar al ciclopropeno , 3 H -diazireno. Son isoméricos con grupos diazocarbonos y, como ellos, pueden servir como precursores de carbenos por pérdida de una molécula de nitrógeno di . Por ejemplo, la irradiación de diazirinas con luz ultravioleta conduce a la inserción de carbeno en varios enlaces CH, NH y OH. Por tanto, las diazirinas han ganado popularidad como pequeños reactivos de reticulación fotorreactivos. 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.
Síntesis
Existen varios métodos en la literatura para la preparación de diazirinas, que comienzan con una variedad de reactivos.
Síntesis de cetonas
Generalmente, los esquemas sintéticos que comienzan con cetonas implican la conversión de la cetona con los sustituyentes deseados en diaziridinas . A continuación, estos diaziridenos se oxidan posteriormente para formar las diazirinas deseadas.
Las diaziridinas se pueden preparar a partir de cetonas por oximación, seguida de tosilación (o mesilación) y finalmente por tratamiento con amoníaco. Generalmente, las reacciones de oximación se realizan haciendo reaccionar la cetona con cloruro de hidroxilamonio bajo calor en presencia de una base tal como piridina. La tosilación o mesilación posterior del oxígeno sustituido en alfa con cloruro de tosilo o mesilo en presencia de una base produce la oxima de tosilo o mesilo. El tratamiento final de la tosyl o mesyl oxima con amoníaco produce la diaziridina.
Las diaziridinas también se pueden producir directamente mediante la reacción de cetonas con amoniaco en presencia de un agente aminante tal como una monocloramina o ácido hidroxilamina O-sulfónico.
Las diaziridinas se pueden oxidar a diazirinas mediante varios métodos. Estos incluyen oxidación por reactivos basados en cromo como la oxidación de Jones , oxidación por yodo y trietilamina, oxidación por óxido de plata, oxidación por cloruro de oxalilo o incluso oxidación electroquímica en un ánodo de platino-titanio.
Síntesis por reacción de Graham
Las diazirinas se pueden formar alternativamente en un proceso de un solo recipiente usando la reacción de Graham , comenzando a partir de amidinas . Esta reacción produce una diazirina halogenada, cuyo halógeno puede ser desplazado por varios reactivos nucleofílicos.
Química
Tras la irradiación con luz ultravioleta, las diazirinas forman especies de carbeno reactivas . 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 no apareados en orbitales diferentes.
Productos de carbeno triplete vs singlete
Los sustituyentes de la diazirina afectan a la especie de carbeno que se genera tras la irradiación y la posterior escisión fotolítica. Los sustituyentes de diazirina que son donantes de electrones por naturaleza pueden donar densidad de electrones 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 mientras que la p-nitrofenilclorodiazirina o la trifluorofenildiazirina producen los respectivos productos de carbeno triplete.
Los sustituyentes donantes de electrones también pueden estimular la fotoisomerización en el compuesto diazo lineal, en lugar del carbeno singlete, y por lo tanto estos compuestos son desfavorables para su uso en ensayos biológicos. Por otro lado, las trifluoroarildiazirinas, en particular, muestran una estabilidad y cualidades fotolíticas favorables y se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones biológicas.
Los carbenos producidos a partir de diazirinas se apagan rápidamente mediante la reacción con moléculas de agua 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 de usar 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 UV 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 se prefieren a menudo 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 varios nucleófilos y en condiciones tanto ácidas como básicas. Las benzofenonas , que forman especies de carbonilo triplete reactivas tras la irradiación, a menudo requieren largos períodos de irradiación que pueden dar como resultado un marcaje no específico y, además, a menudo son inertes a varios disolventes polares. Las aril azidas requieren una baja longitud de onda de irradiación, lo que puede dañar las macromoléculas biológicas que se están investigando.
Ejemplos en estudios de etiquetado de receptores
Las diazirinas se utilizan ampliamente en estudios de marcado 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 los residuos en el sitio de unión del receptor. El compuesto de carbeno puede incluir una etiqueta o asa bioortogonal mediante la cual se puede aislar la proteína de interés. A continuación, la proteína se puede digerir y secuenciar mediante espectrometría de masas para identificar a qué residuos se une el ligando que contiene carbeno y, por tanto, la identidad del sitio de unión en el receptor.
Entre los ejemplos de diazirinas que se utilizan en los estudios de etiquetado de receptores se incluyen:
- El descubrimiento de un brasinoesteroides receptor para hormonas de la planta de brasinoesteroides por Kinoshita et al. Los investigadores utilizaron un análogo de la hormona vegetal con una fracción de reticulación de diazirina y una etiqueta de biotina para el aislamiento para identificar el nuevo receptor. Este estudio condujo a una serie de estudios similares realizados con respecto a otras hormonas vegetales.
- El descubrimiento de nuevos receptores de cannabinoides distintos de CB1 / CB2 utilizando sondas análogas de anandamida que contienen un grupo diazirina por Balas et al.
- La cavidad de unión del agente hipnótico propofol en el receptor GABA A usando una diazirina que contiene un análogo de propofol.
Ejemplos en estudios enzima-sustrato
De una manera análoga al marcaje de receptores, también se han usado compuestos que contienen diazirina que son análogos de sustratos naturales para identificar bolsas de unión de enzimas. Ejemplos incluyen:
- La síntesis de un análogo de etopósido que contiene diazirina , un fármaco contra el cáncer ampliamente utilizado que se dirige a la topoisomerasa II , que es prometedor para la identificación del sitio de unión del etopósido.
- El descubrimiento de que los inhibidores de gamma-secretasa de tipo caprolactama se dirigen a la subunidad SPP de la gamma-secretasa , que ha sido implicada en la enfermedad de Alzheimer.
Ejemplos en estudios de ácidos nucleicos
Las diazirinas también se han utilizado en experimentos de marcaje de fotoafinidad que involucran ácidos nucleicos. Ejemplos incluyen:
- Incorporación de un resto de diazirina en un azúcar nucleósido en un polímero de ADN para investigar las interacciones entre el surco menor del ADN y las ADN polimerasas.
- Incorporación de un resto de diazirina en una base de nucleósido en un polímero de ADN para investigar el modo de reparación del ADN por las proteínas.
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.