トポケミカルアジド-アルキン環化付加反応

トポコメミカル反応は、結晶格子の分子詰めの厳密な制御下で蒸発する固体州の反応です。この格子制御により、これらの反応は、栄養/立体特異的な方法で非常に高い収率で産物を生成します。より広い意味で、トポコメミカル反応は、特定の産物を与える酵素の限られた環境で反応を実行する自然の方法を模倣しています。それらの顕著な特異性とは別に、トポコメミカル反応には、これらの反応を溶液相反応よりも魅力的にする他の多くの興味深い特徴があります。溶液相反応は、反応物、試薬、触媒、溶媒を使用する必要があり、多くの場合、さまざまな量の副産物とともに製品を提供し、さまざまな化学物質を使用した複雑な精製とクロマトグラフィー精製を必要とします。これらの溶液状態の反応からのこれらの避けられない化学廃棄物は、溶媒が含まれず、触媒がないため、特異性と高得点の性質を考慮してクロマトグラフィー精製を必要としないため、トポコーミカル反応によって回避できます。また、クリスタル格子によって提供される閉じ込めは、溶液相反応によって不可能な製品を提供します。トポコメミカル反応のもう1つの興味深い特徴は、興味深い特性を与える秩序化された（結晶）形態の製品の形成の可能性です。したがって、トポコーム反応は、分子レベル（regio-/sterepecivity）だけでなく、超分子レベル（パッキング）でも制御されます。多くのトポコ化学的反応は、単一結晶からシングル - クリスタル（SCSC）ファッションで発生し、そのような反応の結晶構造分析はしばしば、反応に必要な幾何学的基準に関する機械的な洞察と知識を与えます。これらすべての魅力的な特徴にもかかわらず、トココメミックに行うことができる反応は限られています。結晶中の反応性を達成するためのトトロポセミカル反応と戦略の新しいカテゴリの開発には大きな関心があります。このアカウントでは、トポセミカルのアジドアルキン環状付加（TAAC）反応を開発しようとする試みを要約します。水素結合を、結晶中の近接駆動型の環化反応に適した方向にさまざまな生体分子のアジドとアルキン置換誘導体を整列するための主な非共有相互作用として使用しました。全体として、生体分子の3つの主要なクラス。炭水化物、ヌクレオシド、およびペプチドは、結晶中のアセンブリを制御するための超分子接着剤として、従来のO-H・O、N-H・O、およびN-H・N水素結合を使用したTAAC反応に対して正常に利用されました。これらのモノマーの結晶は、室温で自然にTAAC反応を起こしたか、加熱してトリアゾール結合バイオポリマー模倣体を生成しました。製品分子の順序付けられた梱包は、形成された製品に特別な特性を与えました。伝説の「作物のクリーム」アジド - アルキンクリック反応は、生物調節、材料科学、ポリマー合成などの分野で多様な用途を持っています。同じジャンルに属するTAACは、順序付けられたクリスタル/ゲルを反応媒体として使用するトリアゾール関連製品を作るための新しい金属を含まないアプローチです。簡単に言えば、我々の研究は、TAAC反応が多様な分子カテゴリーに実装できることを示唆しており、実用的な用途を備えた分野に発展する可能性が高いことを示唆しています。

Topochemical reactions are solid-state reactions that transpire under the strict control of molecular packing in the crystal lattice. Due to this lattice control, these reactions generate products in a regio-/stereospecific manner and in very high yields. In a broader sense, topochemical reactions mimic nature's way of carrying out reactions in a confined environment of enzymes giving specific products. Apart from their remarkable specificity, topochemical reactions have many other interesting features that make these reactions more attractive than solution-phase reactions. Solution-phase reactions necessitate the use of reactants, reagents, catalysts, and solvents and often give products along with varying amounts of byproducts, necessitating complex workup and chromatographic purification using various chemicals. These inevitable chemical wastes from solution-state reactions could be avoided by topochemical reactions, as they are solvent-free and catalyst-free and often do not require any chromatographic purification in view of their specificity and high yielding nature. Also the confinement offered by the crystal lattice gives products that are not possible by solution-phase reactions. Another interesting feature of topochemical reactions is the possibility of formation of products in an ordered (crystalline) form, which imparts interesting properties. Thus, topochemical reactions have control not only at the molecular level (regio-/stereospecificity) but also at the supramolecular level (packing). Many topochemical reactions happen in single-crystal-to-single-crystal (SCSC) fashion, and crystal structure analysis of such reactions often gives mechanistic insights and knowledge about the geometrical criteria required for the reaction. Despite all these attractive features, reactions that can be done topochemically are limited. There is tremendous interest in the development of new categories of topochemical reactions and strategies to achieve reactivity in crystals. In this Account, we will summarize our attempts to develop topochemical azide-alkyne cycloaddition (TAAC) reactions. We have used hydrogen-bonding as the main noncovalent interaction for aligning azide-and-alkyne-substituted derivatives of various biomolecules in orientations suitable for their proximity-driven cycloaddition reaction in crystals. Overall, three major classes of biomolecules; carbohydrates, nucleosides, and peptides were successfully exploited for their TAAC reactions using conventional O-H···O, N-H···O, and N-H···N hydrogen bonds as supramolecular glues for controlling their assembly in crystals. The crystals of these monomers underwent TAAC reaction either spontaneously at room temperature or under heating yielding triazole-linked biopolymer mimics. The ordered packing of product molecules imparted special properties to the products formed. The legendary "cream of the crop" azide-alkyne click reaction has diverse applications in the areas of bioconjugation, material science, polymer synthesis, and so forth. Belonging to the same genre, TAAC is a novel metal-free approach for making the triazole-linked products employing the ordered crystal/gel as a reaction medium. In brief, our studies suggest that TAAC reaction can be implemented in diverse molecular categories and has high potential to develop into a field with practical applications.