TEC-reaktion ominaisuudet ja käyttö hiilihydraattikonjugaattien synteesissä

Abstract

2000-luvun aikana on etsitty tapoja tuottaa ja muokata biomolekyylejä tehokkaasti kustannus- ja ympäristöystävällisillä tavoilla. Klik-kemia käsittää joukon orgaanisia reaktioita, jotka selektiivisyytensä ansiosta eivät vaadi myrkyllisiä katalyyttejä tai liuottimia, ja tuottavat korkeita saantoja. Yksi tällainen, jo nyt laajasti sovellettu reaktio on TEC (engl. Thiol-ene coupling). Kyseessä on additioreaktio, jossa merkaptoradikaali reagoi alkeeniryhmän kanssa muodostaen tioeetterisidoksen. Reaktio sietää hyvin happea ja vettä, joten sitä voidaan käyttää kemiallisesti ja ympäristölle neutraaleissa olosuhteissa. Katalyyttinä reaktiossa toimii UV-valo tai näkyvä valo yhdistettynä fotoinitiaattoriin. Koska reaktiossa ei opitmaalisissa olosuhteissa synny sivutuotteita, tuotetta ei myöskään tarvitse puhdistaa tai muulla tavoin jatkokäsitellä. Reaktion mekaanisia haasteita ovat sen reversiibeliys ja radikaalin mahdolliset sivureaktiot. Nämä ongelmat ovat kuitenkin vältettävissä kiinnittämällä huomiota kulloinkin sopiviin reaktio-olosuhteisiin ja lähtöaineiden rakenteeseen. Syntyvien radikaalien pysyvyyden vahvistamiseksi on kannattavaa käyttää poolitonta liuotinta, käyttää nollaa celsiusastetta matalampia reaktiolämpötiloja ja kiinnittää huomiota lähtöaineiden muihin funktionaalisiin ryhmiin ja niiden sijaintiin, jotta reaktio olisi mahdollisimman nopea ja tehokas. TEC-reaktion hyödyllisimpiä käyttökohteita on hiilihydraattien, usein monosakkaridien additio muihin biomolekyyleihin. Näin voidaan luoda hyvin tarkasti ja luotettavasti suuriakin biomolekyylejä ilman myrkyllisiä reaktio-olosuhteita ja ei-toivottuja sivureaktioita, joita olisi vaikeaa korjata jälkikäteen. Reaktiossa käytettävien lähtöaineiden määrä on todella laaja ja reaktiolla on valmistettu muun muassa oligosakkarideja, glykopeptidejä ja glykodendrimeerejä. TEC-reaktiolla on useampi erilainen variaatio, jotka toimivat erilaisten lähtöaineiden kanssa lisäten sopivien lähtöaineiden kirjoa ja mahdollisia sovelluskohteita. Näistä tärkeimmät ovat TYC (thiol-yne coupling) ja TMC (thiol-Michael coupling). Jälkimmäisessä merkaptoryhmä toimii radikaalin sijaan nukleofiilinä. Käytännön sovelluskohteita TEC-reaktiolle ja sillä valmistetuille hiilihydraattijohdannaisille on laajasti lääkekehityksen ja materiaalikemian saralla. Reaktio voi toimia biologisena koettimena, jolla voidaan esimerkiksi fluoresenssin avulla löytää taudinaiheuttajia ja proteiinien muutoksia. TEC-reaktiolla syntetisoituja, antigeenejä sisältäviä peptidijohdannaisia ja oligosakkarideja käytetään rokotteissa ja vasta-aineissa antigeenien kuljetukseen. Koska reaktio sietää hyvin vettä, happea ja monia yleisiä funktionaalisia ryhmiä, sitä käytetään hydro- ja nanogeeleissä haluttujen molekyylien varastointiin ja kuljetukseen. TEC-reaktiolla syntetisoituja biopolymeerejä käytetään esimerkiksi anti-bakteerisissa biomateriaaleissa. Reaktion soveltaminen käytännön innovaatioihin on hyvällä pohjalla ja tulevien vuosien aikana tutkimusta tulisi tehdä reaktion ja sen tuotteiden käytöstä erityisesti syöpärokotteissa ja älykkäissä materiaaleissa. Lisäksi olisi tärkeää tutkia enemmän reaktion käyttöä ja skaalaamista kemianteollisuuden tarpeisiin, jotta valmistusprosesseista saataisiin nykyistä tehokkaampia ja kestävämpiä sekä taloudelle että ympäristölle.