Angew. Chem. :可光开关的苯并吡喃鎓叶立德偶极体用于高时空分辨光点击反应——分子扩散的一种动态补偿策略

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2022年诺贝尔化学奖颁发给C. R. Bertozzi,M. Meldal和K. Barry Sharpless,以表彰他们为点击化学和生物正交化学的发展做出的突出贡献。“光点击”化学则是将“点击”化学与“光控反应”的概念融合,孕育而生的新一代“点击”化学,其继承了光控的时空分辨特性,可以被广泛应用于生物基表面光刻以及单细胞标记示踪。与“点击”化学不同,光激活后得到的高活性反应中间体除了与靶分子共价连接之外,还易发生许多副反应,造成“脱靶”,导致其时空分辨率降低。光开关分子则可通过双波长的光控实现异构体之间的精准动态互换。因此光开关分子作为光点击中间体时,可借由双波长控制中间体的开启与回收,来削弱副反应提升精准性。


近日,四川大学化学学院余志鹏教授课题组将“二芳基茚酮环氧化物(DIO)- 苯并吡喃鎓叶立德(PY)”分子光开关应用于光点击反应中,通过双波长调控,实现副反应的有效抑制,以及亚微米分辨光刻功能化。



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作者首先探究了DIO作为一种分子光开关的光物理性质。DIO在紫外光下快速达到光稳态,溶液呈现为PY的玫瑰红色,在绿光照射下,PY可快速、且完全的回到无色DIO。因此,“DIO-PY”作为一种P型光开关可通过双波长控制实现宏观层面上的分子扩散光控补偿。

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BCN与PY的光点击反应速率高达2.1 × 105 M-1s-1。谷胱甘肽(GSH)作为体内最丰富的内源性亲核剂代表,被用来验证DIO光点击反应中的副反应。结果显示,只有在紫外光照射下GSH中的巯基自由基才会与PY反应得到副产物。由于强绿光照射可以促使PY完全返回稳定的DIO,作者将DIO和GSH的混合溶液进行双波长时序光照。相较于仅有紫外光照射的条件,紫外光-绿光循环照射序列明显抑制了PY与GSH的副反应,DIO与BCN的光点击反应不受时序的影响。

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以365 nm光刻图案,525 nm为互补光刻区域,通过显微镜内置动态光刻装置,对带有BCN自组装单分子层的玻璃表面使用带有Cy3荧光团的DIO进行光点击修饰,作者得到了亚微米分辨率的光刻荧光修饰界面。

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作者将带有BCN报告基的西妥昔单抗与A549细胞上的EGFR受体免疫结合,通过“回”形365 nm光刻图案,使用带有Cy3荧光团的DIO对细胞膜上受体进行荧光标记,并对光照区域外的荧光标记扩散距离进行量化。当仅存在365 nm光刻时,荧光信号的扩散距离为4.49 µm,而在“回”形区域外施加空间形状互补的525 nm光照时,扩散距离缩短至0.78 µm,证明了可光异构偶极体和双波长光刻技术联合使用,可以提高了光点击时空标记的精度。


该策略为解决光点击反应的化学选择性和时空精准度问题提出了创新性解决方案。

文信息

Photoswitchable Oxidopyrylium Ylide for Photoclick Reaction with High Spatiotemporal Precision: Dynamic Switching Strategy to Compensate for Molecular Diffusion

Xinyu Xie, Fuqiang Hu, Yuqiao Zhou, Zhihao Liu, Xin Shen, Jielin Fu, Xiaohu Zhao and Zhipeng Yu

四川大学化学学院博士研究生解歆宇为第一作者,余志鹏教授为通讯作者。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202300034




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