近日，成都先导药物开发股份有限公司（以下简称“成都先导”）在DNA相容的碳氮（C-N）键构筑方面取得进展，通过脂肪胺与芳基乙烯在钯催化剂的促进下实现碳氮键的构筑，以此拓展了DNA编码化合物库（DEL, DNA-Encoded Library）的化学键构筑方式并以此带来全新的DEL分子结构。该成果已发表于化学领域国际期刊《Frontiers in Chemistry》，题为“Palladium-mediated Hydroamination of DNA-conjugated Aryl Alkenes” (https://doi.org/10.3389/fchem.2022.851674)（图1）。

图1：所属方法的科研论文

新结构的引入——氢胺化反应在DNA编码化合物技术中的应用

DNA编码化合物库（DEL）技术以均分-混合为基础流程可快速提升DNA编码化合物的多样性。为了提高DNA编码化合物库的筛选产出与成功率，开发各类高效且有价值的DNA耐受的化学反应用以产生更多具有新颖结构的分子显得尤为重要。碳氮（C-N）键广泛存在于各种药物及生物活性分子当中，因此碳氮（C-N）键的构筑在药物化学领域受到了极大关注。胺类化合物，作为碳氮（C-N）键的构筑前体，以其可广泛商业获得的特性，在DEL技术中成为了最为常用的构筑模块，目前所涉及的DNA兼容化学反应类型主要为：SN_Ar，Buchwald 偶联反应，Ullmann偶联反应以及还原胺化反应。为了进一步增加DEL产品中碳氮（C-N）键结构的多样性，成都先导开展研究，实现了基于DNA负载的芳基乙烯结构与小分子脂肪伯/仲胺通过钯催化氢胺化反应获得全新的碳氮（C-N）键构筑方式，并带来了常用DNA兼容碳氮（C-N）键构筑方式较难获得的DEL分子结构（图2）。

图2：脂肪伯/仲胺与芳基乙烯的C-N键构筑及新颖代表DEL分子结构展示

反应条件优化

条件优化中，成都先导研究团队先后考察了反应pH、添加剂，以及不同钯催化剂对反应的影响。首先，明确了反应在碱性条件下更优；其次，通过对钯催化剂进行考察确定Pd(OAc)₂为最优；之后对脂肪胺当量进行考察，最终确定以Pd(OAc)₂为催化剂、以CsOH作碱，在pH=10-11的反应体系为最优条件（图3）。此外，反应在10nmol及100nmol两种规格的反应下均能以优异的产率获得目标产物。

图3：最优条件

底物普适性研究

在最优条件下，成都先导研究团队首先探索了不同类型的DNA负载芳基乙烯基化合物与脂肪伯/仲胺小分子构筑模块之间的反应性能，发现脂肪伯胺、脂肪仲胺均能以良好的转化率获得目标化合物。随着位阻的增加，脂肪伯胺及脂肪仲胺的产率有所下降，以中等的产率获得目标化合物。通过进一步的考察，五元至八元环状仲胺均能获得良好的转化。除此之外，含有螺环、稠环等环结构的伯/仲胺亦能取得优良的结果。与此同时，研发人员发现，具有诸如羧基、Boc保护胺基以及芳香卤素等常用于DNA编码化合物库多样性拓展基团的胺类化合物均能取得良好的转化，这为进一步丰富DEL分子多样性提供了更多可能。团队还测试了芳香胺的反应性，但该类化合物无法顺利转化并伴有大量的DNA负载原料剩余。在考察了胺类底物的反应性后，团队进一步进行了基于多种代表类型的DNA负载芳基乙烯基化合物与脂肪伯/仲胺的交叉底物范围测试。结果表明，在交叉测试下，各类底物均能取得中等至优良的转化，为更多具有新颖结构的DEL产品的设计与生产打下了坚实基础（图4）。

图4. 底物普适性研究

结构验证及DNA稳定性测试

研究团队进一步通过共同进样HPLC（co-injection HPLC）实验以及off-DNA小分子合成实验验证了目标产物结构，并通过DNA连接和定量聚合酶链反应（qPCR）进行了该反应历程下的DNA稳定性与可读取性测试，证明该反应对DNA无损伤。

最后，研究团队通过此方法完成了DNA编码化合物库合成的概念验证并着手进行相应DNA编码化合物库的生产与应用。

总结

综上所述，成都先导研究团队实现了DNA相容的钯催化芳香乙烯类化合物与脂肪胺类化合物的氢胺化反应。该反应以中等到优良的转化率实现了DNA负载的芳基乙烯基化合物和脂肪伯/仲胺的碳氮（C-N）键构筑。该方法普适性良好，对DNA无损伤，拓展了DNA编码化合物库可使用的碳氮（C-N）键构筑方式，增加了常用胺类分子的应用场景，带来了全新的DNA编码化合物库分子化学空间与结构多样性，适用于DNA编码化合物库的合成。

参考文献：

Cai K, Ran Y, Sun W, Gao S, Li J, Wan J and Liu G (2022) Palladium-Mediated Hydroamination of DNA-Conjugated Aryl Alkenes. Front. Chem. 2022, 10:851674. doi: 10.3389/fchem.2022.851674