引言

双吖丙啶是光亲和标记（Photoaffinity Labeling, PAL）技术中应用最广泛的卡宾前体，其合成效率与官能团兼容性，直接决定了这一药物靶点发现工具的可及性——这也是双吖丙啶高效合成方法学近年来备受关注的原因。（点击查看相关推荐>>>精准定位配体结合位点：光亲和标记在药物研发中的应用）

卡宾是一种含有中性碳原子的分子，该碳原子带有两个未共享价电子。卡宾可参与多种化学转化，包括烯烃的环丙烷化、C–H插入以及二聚化反应。卡宾还广泛应用于催化反应中的过渡金属卡宾配合物。卡宾在光亲和标记中具有尤为重要的价值——在光激活下，卡宾可与邻近的生物分子形成共价键，从而能够应用于鉴定配体–蛋白质相互作用并绘制结合位点。

卡宾可由双吖丙啶产生。双吖丙啶是一种具有高度张力的三元杂环，含有二氮烯（–N=N–）和一个sp³杂化碳原子（–C–）。双吖丙啶在紫外光照射下发生光解，释放出一分子氮气，该过程通过释放环张力而降低自由能。

高效合成具有高官能团耐受性的双吖丙啶，是现代卡宾化学发展与应用的重要推动因素。

尽管环张力较高，双吖丙啶在避光、室温条件下保存时化学性质稳定。多项研究表明，含双吖丙啶环的化合物可在不影响双吖丙啶环的情况下进行化学转化。双吖丙啶在酸性或碱性条件下均可保持稳定，其稳定性取决于化合物整体的实际结构。

含双吖丙啶分子的化学合成可大致分为两类：1）将含双吖丙啶的构建单元引入现有分子骨架；2）将分子中的前体官能团转化为双吖丙啶环。前一种方法特别适用于将双吖丙啶光亲和探针连接至配体；后一种策略则有利于在合成后期引入双吖丙啶，从而最大限度地减少与潜在的不兼容条件的接触。

脂肪族双吖丙啶 - 经典分步合成法

双吖丙啶的经典合成方法通常包括以下三步：（1）制备羰基或亚胺前体；（2）经羟胺-O-磺酸（HOSA）介导的胺化及环化反应，构建二氮杂环丙烷（diaziridine）；（3）将–NH–NH–键氧化，形成双吖丙啶环。根据取代基模式的不同，目前已开发出分别适用于烷基双吖丙啶、芳基双吖丙啶，以及高度官能化双吖丙啶衍生物的多种合成路线。

脂肪族双吖丙啶 - 一锅合成法

近年来研究者们探索并开发了一锅合成策略以简化双吖丙啶的制备。在Wang等人的研究中，将脂肪族酮与羟胺-O-磺酸（HOSA）在液氨中于室温下反应12小时，随后加入叔丁醇钾（t-BuOK），使原位生成的二氮杂环丙烷发生脱氢反应。据报道，该反应的产率高于80%。

在Quentin等人的另一项研究中，在反应中使用次氯酸叔丁酯（tBuOCl）作为双重作用试剂，既可通过活性氯胺中间体实现亚胺的胺化与环化，又可完成双吖丙啶的脱氢反应。相较于先前需在-78°C下操作的方法，该反应可在室温下进行，操作更为简便。该方法的一个难点在于，反应体系中残留的氨（NH₃）会迅速消耗tBuOCl，从而阻碍最后一步二氮杂环丙烷的氧化。为克服这一问题，可以采用分批添加tBuOCl以及脱气的操作方法。

芳基取代双吖丙啶的合成

1980年，Brunner等人首次报道了3-三氟甲基-3-苯基二氮丙啶（TPD）的合成。吸电子三氟甲基（CF₃）取代基的引入可稳定反应中生成的卡宾中间体，并抑制分子内氢/烷基重排，这一特性使该类双吖丙啶在光亲和标记及光卡宾化学中得到广泛应用。

TPD环的传统构建方法以苯基三氟甲基酮衍生物为起始原料，经过四步反应完成。首先，酮在碱性条件下与盐酸羟胺（NH₂OH·HCl）反应生成肟；随后，肟在碱存在下与磺酰卤（如对甲苯磺酰氯，TsCl）反应，生成活化的O-对甲苯磺酰基肟中间体；该活化肟与氨反应形成二氮杂环丙烷中间体；最后，二氮杂环丙烷经氧化脱氢，形成双吖丙啶环中的–N=N–双键。

氨基酸合成末端脂肪族双吖丙啶

Glachet等人报道了一种从无保护α-氨基酸出发，无金属一锅法合成末端脂肪族双吖丙啶的方法。该转化在同一反应容器中进行三步连续反应：（1）α-氨基酸经二乙酸碘苯（PIDA）氧化脱羧，原位生成亚胺和碘氮烯（iodonitrene）中间体；（2）碘氮烯快速插入亚胺中，生成二氮杂环丙烷中间体；（3）氧化并形成双吖丙啶的–N=N–键。

双功能脂肪族双吖丙啶片段的合成

含有羟基（–OH）或羧基（–COOH）基团的双吖丙啶双功能片段的合成，在光亲和标记（PAL）及化学生物学应用中具有重要价值。根据骨架类型（脂肪族或芳基/三氟甲基苯基）的不同，这些双官能团或多官能团分子可采用传统合成方法或官能团转化（FGI）策略进行构建。

目前研究者们已开发出多种合成策略，通过在合成后期构建双吖丙啶环，进而制备含该结构的“可点击”探针。在Dubinsky等人的研究实例中，在羧基（–COOH）和末端炔基共存的情况下，使用氨和HOSA将酮转化为双吖丙啶。随后，–COOH基团与羰基二咪唑（CDI）反应，再与单叔丁基丙二酸镁作用，实现碳链的同系化延长。所得叔丁酯经三氟乙酸（TFA）酸性脱保护后，通过碳二亚胺介导的酰胺偶联反应，最终制得双吖丙啶炔基酰胺探针。

Li等人采用类似策略，在醇（–OH）和末端炔烃共存的情况下，利用氨和HOSA化学从酮构建二氮丙啶环。随后，在双吖丙啶环存在下，醇基被转化为：（1）腈基（通过取代反应），再经碱性水解得羧基；（2）碘代物（通过光延反应）；（3）叠氮化物（通过取代反应），再经三苯基膦（PPh₃）还原得到伯胺。这些不同类型的化学转化充分证明了脂肪族双吖丙啶环的稳定性。

双吖丙啶修饰氨基酸的合成

含双吖丙啶的合成氨基酸及肽类化合物，是重要的生物化学和化学生物学工具，可用于解析尚不明确的分子相互作用及其作用机制。

可采用的合成策略包括：（1）预先制备双吖丙啶氨基酸，再通过固相肽合成（SPPS）引入；（2）将含双吖丙啶的侧链构建单元引入肽链；（3）在肽前体组装完成后进行修饰，以安装双吖丙啶环官能团。合成策略的选择在很大程度上取决于双吖丙啶在肽合成所用条件下的稳定性。

2015年，Wang及其合著者报道了一种从O-对甲苯磺酰基肟中间体出发，无氧化剂一锅法合成3-（三氟甲基）-3-苯基二氮丙啶（TPD）取代α-氨基酸的方法。该反应首先由氨对肟进行亲核加成，再环化生成二氮杂环丙烷中间体；液氨（NH₃）通过自电离产生的酰胺离子（NH₂⁻）继而触发二氮杂环丙烷的原位脱氢。优化后的反应条件为：将反应液置于密封管中80°C加热4至13小时，以促进NH₃的自电离，在此条件下氨基酸α位的手性可得以保持。

同年，Yang等人报道了光赖氨酸（photo-lysine）的合成及其在蛋白质捕获与鉴定中的应用。该研究中使用的光赖氨酸，通过侧链引入双吖丙啶，使其结构与天然赖氨酸高度相似。光赖氨酸的合成共历经10步，其合成亮点在于官能团转化策略——由羟基转化为叠氮基，最终转化为Boc保护的氨基。

维亚生物多肽化学服务

从双吖丙啶构建块的合成，到复杂分子中的后期修饰，再到氨基酸、多肽及化学探针的开发，不同分子骨架和应用场景对合成路线提出了不同要求。

维亚生物化学团队在含双吖丙啶的构建块、氨基酸、多肽、小分子及化学探针的设计、合成与路线优化方面拥有丰富的经验。依托化学专业能力、现代化学技术、实验室基础设施及项目管理的有机结合，从化合物及构建块的合成，到药物化学优化及化学分析与纯化，我们的团队善用多种合成策略并优化合成路线，以成功交付涵盖多种化学类型及项目阶段的产品与服务。维亚生物化学服务是公司一体化药物发现服务的核心职能之一，持续为全球客户加速化学研发进程提供支持。

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作者贡献
丁克家 撰写初稿（主导）， 撰写-审阅与编辑（主导），可视化（平等贡献）；
卞若瑾 撰写-审阅与编辑，可视化（平等贡献）