分享一篇2024年发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，题目是“Silicon-Containing Thiol-Specific Bioconjugating Reagent”。文章的通讯作者为河南工业大学的罗德平院士。近年来，利用递送系统进行靶向治疗的生物疗法获得了极大的关注，抗体-药物偶联物(ADC)是治疗各种癌症的主要例子。半胱氨酸是自然界中最常用的偶联氨基酸，因为它的稀缺性。因此，已经开发了许多硫醇偶联方法，其中马来酰亚胺硫醇点击方法由于其对硫醇基团的高特异性被最广泛使用。为了解决其逆Michal加成和开环水解问题，本文开发了可以提供稳定偶联产物的烯丙酰胺-硫醇和β-硅基炔-硫醇反应，并进一步探索了硫醇与β-硅基不饱和羰基化合物的反应(图1)。
图1. 研究背景于反应设计。
作者在37℃的生物相容性条件下筛选了1-苯基-3-(三甲基硅基)prop-2-en-1-one 1a和对甲苯硫醇2a的模型反应。结果表明，在水和缓冲溶液中可以获得良好的偶联产物收率。作者发现在中性pH下也可以得到中等产率的共轭产物，但使用pH为8的Tris缓冲液产率最高。作者还通过添加不同数量的有机溶剂进行了实验，发现pH为8的Tris-HCl缓冲液与MeCN以9:1的比例混合，产率最佳(图2)。
图2. 加成反应溶剂筛选。
接着作者比较了α，β-不饱和酰胺1b和α，β-不饱和酯1c的反应活性（图3），没有检测到所需的产物，从而表明酮羰基对硫醇特异性点击反应至关重要。
图3. 不同Michael受体的反应对比
接下来作者探索了与β-TMSenone 1a共轭加成的硫醇底物范围(图4A)。结果表明，对苯环和烷基链具有良好的耐受性，其产率为3和6 - 12(产率为55 - 80%)。与4-巯基苯酚和4-氨基噻吩的选择性反应保留了羟基和氨基。对位、间位和邻位上有甲基的芳基硫醇产生的产物依次为3、6和7，产率依次递减。对位氯取代的产率高于氟取代和烷基取代。脂肪链和杂芳烃提供了中等产率的产物13 ~ 18。与脂肪链和苯并噻吩取代基的反应产生较低的产物收率，即使延长反应时间。2-噻吩硫醇和2-嘧啶硫醇的产率分别为60%和52%。以1-己硫醇为原料制得产物16，收率达65%。接下来，作者探索了β-硅烯酮(图4B)。与TMS烯酮和硫醇2a反应得到产物19 ~ 33(44 - 74%)。苯环上的取代基(Cl-、CF3-、nBu-和Ph-)和对甲基的产率为72 - 74%。底物1对位、间位和邻位上的甲基增加了产物收率(19 - 21%)。融合环或杂环取代得到中等产率。8-喹啉取代得到了73%的产率。脂肪族酮衍生的β-TMS烯酮相容，收率为31 – 33%。研究了硅基取代基对烯酮的影响(图3C)，作者发现用三乙基硅烷(TES)和三(异丙基)硅烷(TIPS)取代三甲基硅烷削弱了反应性，产率分别为40%和35%，可能是因为空间位阻增加了。利用底物1n和两个β-TMS烯酮基团制得产物36，收率为71%。氢硅烷基团是相容的，产率为74%。在标准条件下测试苄基硅氧烷，最初没有得到目标产物，但在24h后，以30%的收率得到了38号产物(图4D)。
图4. 反应底物范围。
为了展示这种方法在生物偶联中的潜力，作者进行了化学选择性和产品在各种生物条件下的稳定性。首先，作者测试了2-苯基乙基硫醇2b和胺2c之间的竞争反应，观察到只有硫醇加成产物生成，从而证实了该试剂的硫醇特异性。在没有TMS基团的情况下，化合物1d与2b和2c都发生了反应，这表明含硅基团的加入可以降低亲电性（图5a）。即使在其他氨基酸存在的情况下，反应仍然顺利进行，没有观察到产率降低（图5b）。作者随后展示了反应产物的稳定性，在不同pH值以及H2O2或FBS环境中产物都保持了相对稳定，并且加入不同的内源性分子时产物也比较稳定（图5d, e）。作者最后测得加成反应为二级动力学，动力学常数为0.31 M−1 min−1。
图5. 加成反应选择性以及加成产物稳定性验证
为了进一步评估与各种生物分子和含游离硫醇的药物反应的可行性，作者利用β- tms -烯酮(图6)。作者首先在标准条件下用1a培养N-Boc半胱氨酸甲酯12小时，并成功地将该半胱氨酸衍生物功能化（转化率> 99%）。受此鼓舞，作者也将1a与荧光熔接环反应，以65%的中等产率得到相应的产物46。该产品在365 nm紫外光下呈现黄绿色荧光。此外，降压药卡托普利与β-TMS烯酮反应生成所需产物49，产率为45%。当作者使用谷胱甘肽衍生物和mertansine时，作者也得到了产品50和51，收率分别为69%和84%。
图6. β-TMS烯酮与生物小分子/药物/蛋白质的加成反应
综上所示，作者开发了一种β-硅基取代的烯酮与硫醇的Michael加成反应，硅基的引入降低了双键的亲电性，使得该反应具有高化学选择性且产物具有高稳定性。
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