A Staudinger - ligálás a Staudinger-reakció egy módosítása , amelyet széles körben alkalmaznak a kémiai biológiában és a biokonjugációban kis molekulatömegű jelölésekkel rendelkező biomolekulák kovalens kötésére , valamint élő szervezetek sejtjeinek jelölésére. A reakciót 2000-ben C. Bertozzi csoportja javasolta [1] . Mivel a benne részt vevő funkciós csoportok ( azid és foszfin ) gyakorlatilag nincsenek jelen az organizmusokban, és nem hajlamosak természetes vegyületekkel kölcsönhatásba lépni, a Staudinger-ligálás bioortogonális reakciókra utal .
A Staudinger ligálás volt az első példa olyan bioortogonális reakcióra , amely képes az élő szervezetek sejtjeiben a természetes biokémiai folyamatok megzavarása nélkül végbemenni. Felfedezése olyan funkciós csoportok közötti kémiai reakciók kutatásából származott , amelyek a biomolekulákban ritkák, és ennek eredményeként teljesen más reakciókészséggel rendelkeznek, mint a leggyakrabban előforduló természetes funkciós csoportok.
A kemény és lágy savak és bázisok elmélete szerint az azid és a foszfin lágy elektrofil , illetve nukleofil , míg a biomolekulák főleg kemény nukleofileket tartalmaznak, amelyek nem képesek azidokkal reagálni.
A gyógyszerek ( azidotimidin ) példáján kimutatták, hogy az azidok biokompatibilisek , és a foszfinok gyakorlatilag nem fordulnak elő a biomolekulákban [2] , és nem állítják helyre a diszulfidkötéseket .
A reakció az azid , amely egy lágy elektrofil, és a foszfin , egy lágy nukleofil kölcsönhatásán alapul . Az első szakaszban a foszfin nukleofil addíciója következik be az azidcsoport terminális nitrogénatomjához, ami foszfazid 1 képződését eredményezi . Továbbá egy négytagú gyűrű 2 közbenső képződése révén a foszfazid egy nitrogénmolekulát hasít le, és iminofoszforánt 3 képez . A klasszikus Staudinger-reakcióban ez volt az utolsó szakasz, amely után az iminofoszforánt általában két termék - egy amin és foszfin-oxid - képződésével hidrolízisnek vetették alá. A C. Bertozzi által javasolt módosítás abból áll, hogy egy észtercsoportot viszünk be a foszfin egyik arilszubsztituensébe elektrofil csapdaként. Ebben az esetben az iminofoszforán nukleofil nitrogénatomja megtámadja az észtercsoportot, és így 4 biciklusos terméket képez . A P–N kötés hidrolízise egy végterméket 5 eredményez, amelyben a biomolekula és a jelölés erős amidkötésen keresztül kapcsolódik [3] .
Nem sokkal C. Bertozzi publikációja után a Staudinger-ligálás több változatát javasolták, amelyek során a reakció során keletkező foszfin-oxidot hidrolízissel távolítják el a végtermékből. Ezt a módosítást Staudinger szerint nyom nélküli lekötésnek nevezik . Kémiai szempontból a foszfin-oxid eltávolítása a reagensek módosításával valósult meg oly módon, hogy a foszfin az észter alkoholos részébe került, és az iminofoszforán intermedier nukleofil nitrogénatomjának megtámadásakor lehasadt.
R. T. Raines csoportja egy segéd merkaptán részt inszertál a foszfinba, hogy átészterezze a védett aminosav-tioésztert. Amikor azidot viszünk be a reakcióba, az átrendeződés eredményeként iminofoszforán képződik, melynek során a foszfin lehasad, majd vízzel hidrolizálódik. Ezt a megközelítést alkalmazták a peptid szintézisére, és a natív kémiai ligálás alternatívájává válhat [4] .
Saxon és Bertozzi foszfinreagenseiket is javasolta nyom nélküli Staudinger-ligáláshoz, bemutatva a reakció lehetőségeit egy azid tartalmú nukleozid példaként történő felhasználásával [5] .
Hasonló megközelítést alkalmaztak glikoproteinek szintézisére is. Ebben az esetben a módosított szénhidrát észtercsoportjába foszfint vittek be, amely azid tartalmú fehérjével reagálva olyan terméket képez, amelyben a szénhidrát és a fehérje erős amidkötéssel kapcsolódott össze [6] .
A reakciót azid tartalmú biomolekulák módosítására használták különféle kis molekulatömegű jelölésekkel ( biotin , fluoreszcens festékek, FLAG peptid ), valamint peptidek, fehérjék konjugálására , felületek módosítására stb. [7]