一种可见光促进的on-DNA自由基反应合成DNA编码砜类化合物的方法

摘要

一种可见光促进的on‑DNA自由基反应合成DNA编码砜类化合物的方法。本发明提供一种可见光促进的DNA编码砜类化合物的合成新方法。本方法采用电子给‑受体复合物转电子及固相合成策略，在光的促进下，完成卤代芳烃与亚磺酸钠的有机溶剂条件下的自由基偶联反应。将on‑DNA卤代芳烃固载，加入有机溶剂、小分子的亚磺酸钠及碱，在一定波长的光源照射下，反应一定时间，得到DNA编码砜类化合物。本发明反应无过渡金属光催化剂参与、条件温和、操作方便、底物普适性好、产物收率高，适用于DNA编码化合物库的构建。

说明书

技术领域

本发明属于DNA编码化合物库技术领域，具体涉及一种通过可见光促进的电子给-受体复合物转电子的策略，实现DNA编码原料的活化，完成小分子亚磺酸钠与DNA编码卤代芳烃的双自由基偶联反应，发展一类DNA编码砜类化合物的合成新方法。

背景技术

组合化学可以利用“组合-拆分”的策略快速地构建化合物数量巨大的化合物库，但化合物结构的识别制约着该类方法的发展。1992年，美国Scripps研究所的 SydneyBrenner和Richard Lerner教授提出了DNA编码化合物库的概念(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.1992，89，5381)，该技术利用DNA的相对稳定性及可检测性，使每一个化合物在分子水平上连接有一段特异的DNA片段来记录化合物结构相关信息，在新药筛选中可以快速地确定活性化合物的结构。这种技术还能够实现大量的化合物同时存储在一起，极大降低了传统化合物存储所需的硬件条件，增大了化合物的容量。

DNA编码化合物库概念提出以来，在建库策略和新药筛选上面都取得了极大的进展，但DNA兼容的化学方法的发展仍然是制约该技术的瓶颈。由于DNA 必须在水相中才能稳定存在、对pH、温度、金属离子、氧化还原试剂等都比较敏感，同时DNA编码原料浓度极低，造成on-DNA兼容化学反应类型不足、化合物结构覆盖率低。因此，解决DNA水溶性及浓度低带来的反应活性不足的问题，发展条件温和、种类多样的on-DNA兼容化学反应具有应用前景。目前，可以发生的DNA编码化合物库合成反应主要集中在胺类化合物参与的水相反应上。已成功应用于DNA编码化合物库构建的反应包括：酸胺缩合反应、还原胺化反应、亲核取代反应、交叉偶联反应、环加成反应、氧化还原反应(弱氧化还原剂)、 Suzuki-Miyaura反应等(Annu.Rev.Biochem.2018，87，479)。

2019年，美国Scripps研究所的Baran和Dawson教授发展了一类基于树脂可逆吸附的有机相DNA编码化合物构建方法，完成了脱羧自由基偶联反应、电化学促进的C-N键构建反应、还原胺化反应及各种C-S键构建反应，解决了DNA无法在有机溶剂中稳定存在的问题(J.Am.Chem.Soc.2019，141，9998；Angew.Chem. Int.Ed.2020，59，7377)。光促进的自由基反应具有条件极为温和、低浓度下反应活性高的特点，不少研究团队也尝试采用此类反应来发展DNA编码化合物库的构建反应。2011年，Liu小组首次报道了金属Ru作为光催化剂，可见光促进的叠氮化合物还原为胺的反应(Nat.Chem.2011，3，146)。随后，辉瑞、Molander小组与GSK合作、药明康德等研究团队及公司发展了多种可见光促进的自由基反应(ChemMedChem 2018，13，2159；J.Am.Chem.Soc.2019，141，3723；Org.Lett.2020， 22，1046；CN111909232A)。上述方法均需要金属光催化剂的参与及水相条件才能完成，金属残留可能会影响DNA的回收及DNA编码化合物库的筛选结果，有机物在水相中的溶解性会影响到反应底物的普适性。

本项目提供一种有机溶剂反应条件下的，可见光促进的、基于电子给受体复合物转电子的自由基偶联反应来构建DNA编码化合物库的方法。该方法采用离子交换树脂固载DNA编码卤代芳烃，在有机溶剂中，加入碱，在一定波长光的促进下完成亚磺酸钠的on-DNA自由基偶联反应，构建DNA编码砜类化合物。该方法无过渡金属光催化剂参与、条件温和、操作方便、底物普适性好、产物收率高。该方法的发展对反应原料的溶解性、DNA原料极低造成的反应活性不足及光催化反应带来的金属残留问题提供了有效的解决方案，对于DNA编码化合物库的合理化构建和应用提供科学依据，具有重要的工业应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机溶剂条件下，可见光促进的式(III)所示的 DNA编码砜类化合物的合成新方法。

具体的技术方案如下：

1)将结构为式(I)的DNA编码卤代芳烃化合物固载在树脂上，有机溶剂洗涤；

2)将固载的DNA编码卤代芳烃化合物(摩尔浓度为0.1-0.2mM)、结构为式(II) 的亚磺酸钠(摩尔浓度为10-1500mM)、碱(摩尔浓度为10-1500mM)溶于有机溶剂中，在一定波长的光照射下，于0-80℃下反应5-24小时，除掉反应溶剂，洗涤多次；

3)加入Elute buffer将结构为式(III)的DNA编码砜类化合物洗脱，沉淀并离心产物，获得结构为式(III)的DNA编码砜类化合物。

其中：

所述的DNA编码卤代芳烃化合物式(I)为含有一段DNA序列的胺类化合物与含有羧基的卤代芳烃通过酰胺键进行连接所得到的DNA编码化合物；

所述DNA是经由人工修饰的/未修饰的核苷酸单体聚合得到的双链核苷酸序列。

具体的：

所述的式(I)所述卤代芳烃为含有一个或者多个卤素的苯、取代苯、芳香杂环、取代芳香杂环；其中卤素包括氟、氯、溴、碘，也可以为甲基磺酸酯、对甲基苯磺酸酯；取代苯可以是单取代苯也可以是多取代苯，芳香杂环为呋喃、噻吩、吡咯、咪唑、噁唑、噻唑、吡唑、吡啶、嘧啶、吲哚、萘、喹啉、二嗪、三嗪；取代芳香杂环可以是单取代芳香杂环也可以是多取代芳香杂环；取代基可以是甲基、乙基、C3～C6烷基及环烷基、氟、氯、溴、碘、硝基、三氟甲基、腈基、醛基、乙酰基、烷基酮基、酯基、酰胺基、甲氧基、胺基、羟基、巯基、烯基、炔基、苯基；

所述的结构为式(II)的亚磺酸钠为苯基、取代苯基、杂芳香基、取代杂芳香基、烷基取代的亚磺酸钠，其中取代苯基可以是单取代苯基也可以是多取代苯基；芳香杂基为呋喃基、噻吩基、吡咯基、咪唑基、噁唑基、噻唑基、吡唑基、吡啶基、嘧啶基、吲哚基、萘基、喹啉基、二嗪基、三嗪基；取代杂芳香基可以是单取代杂芳香基也可以是多取代杂芳香基；取代基可以是甲基、乙基、C3～ C6烷基及环烷基、氟、氯、溴、碘、硝基、三氟甲基、腈基、醛基、乙酰基、烷基酮基、酯基、酰胺基、甲氧基、胺基、羟基、巯基、烯基、炔基、苯基；烷基为甲基、乙基、苄基、羟甲基、C3～C10的直链和支链烷基、C3～C6的环烷基及取代环烷基；

所述的碱为DBU(1，8-二氮杂二环十一碳-7-烯)、DABCO(1，4-二氮杂二环 [2.2.2]辛烷)、TMG(四甲基胍)、DMAP(4-二甲氨基吡啶)、三乙胺、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氟化铯、磷酸钠、N，N-二异丙基乙胺；优选地，所述的碱为碳酸铯。

所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N- 甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、1，4-二氧六环、乙腈、四氢呋喃、甲苯、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、氯仿、无机盐缓冲液中的一种或者几种的混合溶剂；优选地，所述的on-DNA反应溶剂为DMSO。

所述的一定波长的光为：13wCFL光、白光、365nm光、390nm光、427nm 光、455nm光、530nm光；优选地，所述的on-DNA反应光源为455nm光。

所述的小分子化合物亚磺酸钠的摩尔浓度为10mM、50mM、100mM、200 mM、500mM、1M、1.5M；优选地，所述小分子化合物亚磺酸钠的摩尔浓度为 1M。

所述的碱的摩尔浓度为10mM、50mM、100mM、200mM、500mM、0.5 M、1M、1.5M；优选地，所述的碱的摩尔浓度为0.5M。

所述的反应温度为室温、20℃、30℃、40℃、60℃、80℃、100℃；优选地，所述反应温度为室温。

所述的反应时间为2小时、4小时、6小时、8小时、12小时、18小时、20小时、 24小时；优选地，反应时间为20小时。

本发明无过渡金属光催化剂参与、条件温和、操作方便、底物普适性好、产物收率高，对于DNA编码化合物库的合理化构建和应用提供科学依据。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步的阐述，但这些实施例不是对本发明的限制。

实施例1

步骤1：DNA编码卤代芳烃化合物(I)的合成

将DNA-NH

步骤2：DNA编码卤代芳烃化合物(I-a)与亚磺酸钠(II-a)的自由基偶联反应

将DNA编码卤代芳烃化合物(I-a，10nmol)固载在树脂上，DMSO洗涤，分别加入DMSO(0.2mL)，苯基亚磺酸钠(II-a，1M)、Cs

实施例2

采用与实施例1相同的方法，步骤2反应中的反应溶剂以DMA替代DMSO，得到DNA编码砜类化合物(III-a)，收率为79％。

实施例3

采用与实施例1相同的方法，步骤2反应中的光源以365nm光源替代455 nm光源，得到DNA编码砜类化合物(III-a)，收率为46％。

实施例4

采用与实施例1相同的方法，步骤2反应中的碱以氟化铯替代碳酸铯，得到 DNA编码砜类化合物(III-a)，收率为13％。

实施例5

采用与实施例1相同的方法，步骤2反应中的亚磺酸钠以II-b替代II-a为原料，得到DNA编码砜类化合物(III-b)，收率为99％。

实施例6

采用与实施例1相同的方法，步骤2反应中的亚磺酸钠以II-c替代II-a为原料，得到DNA编码砜类化合物(III-c)，收率为99％。

实施例7

采用与实施例1相同的方法，步骤2反应中的亚磺酸钠以II-d替代II-a为原料，得到DNA编码砜类化合物(III-d)，收率为93％。

实施例8

步骤1：

采用与实施例1相同的方法，步骤1反应中的卤代芳烃以4-碘吡啶-2-甲酸替代3-碘-1H-吲哚-6-甲酸为原料，得到DNA编码卤代芳烃化合物(I-b)，收率为98％。

步骤2：

采用与实施例1相同的方法，步骤2反应中的DNA编码卤代芳烃化合物以 I-b替代I-a、亚磺酸钠II-e替代II-a为原料，得到DNA编码砜类化合物(III- e)，收率为88％。

本发明所涉及的DNA-headpiece具体结构式如下：