Diaziné

Generalmente, los esquemas sintéticos que parten de cetonas ( >C=O ) implican la conversión de la cetona con los sustituyentes deseados en diaziridinas ( >CN ₂ H ₂ ). Estas diaziridinas se oxidan posteriormente para formar las diazirinas deseadas.

Las diaziridinas se pueden preparar a partir de cetonas mediante oximación, seguida de tosilación (o mesilación ) y , finalmente, mediante tratamiento con _amoníaco ( NH₃ ) . Generalmente, las reacciones de oximación se realizan haciendo reaccionar la cetona con ^cloruro de hidroxilamonio (NH₃OH⁻Cl⁺ ₎ bajo calor ^en presencia de una base como la piridina . ^{[ 5 ] [ 6 ]} La posterior tosilación o mesilación del oxígeno alfa-sustituido con cloruro de tosil o mesilo en presencia de una base produce la tosiloxima o mesiloxima . [ ^{7 ] El} tratamiento final de la tosiloxima o mesiloxima con amoníaco produce la diaziridina. ^{[ 1 ] [ 3 ] [ 7 ] [ 8 ]}

Las diaziridinas también pueden producirse directamente mediante la reacción de cetonas con amoníaco en presencia de un agente aminante como una monocloramina o un ácido O-sulfónico de hidroxilamina. ^{[ 9 ]}

Las diaziridinas pueden oxidarse a diazirinas mediante varios métodos. Estos incluyen la oxidación con reactivos a base de cromo , como la oxidación de Jones , ^{[ 10 ]} la oxidación con yodo y trietilamina , ^{[ 5 ]} la oxidación con óxido de plata , ^{[ 11 ]} la oxidación con cloruro de oxalilo, ^{[ 7 ]} o incluso la oxidación electroquímica en un ánodo de platino-titanio. ^{[ 12 ]}

Las diazirinas pueden formarse alternativamente en un proceso de un solo paso utilizando la reacción de Graham , partiendo de amidinas . ^{[ 13 ]} Esta reacción produce una diazirina halogenada , cuyo halógeno puede ser desplazado por varios reactivos nucleofílicos . ^{[ 14 ]}

La reacción de Graham como método de síntesis de diazirina, donde X = Cl o Br.

La reacción de intercambio de diazirina utilizando varios aniones y el contraión tetra-n-butilamonio.

Los sustituyentes en la diazirina afectan qué especie de carbeno se genera tras la irradiación y la posterior escisión fotolítica. Los sustituyentes de la diazirina que son dadores de electrones pueden donar densidad electrónica al orbital p vacío del carbeno que se formará, y por lo tanto pueden estabilizar el estado singlete. Por ejemplo, la fenildiazirina produce fenilcarbeno en el estado singlete de carbeno ^{[ 15 ]} , mientras que la 3-cloro-3-[(4-nitrofenil)metil]diazirina o la trifluorometilfenildiazirina producen los respectivos productos de carbeno triplete. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Los sustituyentes donadores de electrones también pueden favorecer la fotoisomerización al compuesto diazo lineal, ^{[ 18 ]} en lugar del carbeno singlete, y por lo tanto estos compuestos no son favorables para su uso en ensayos biológicos. ^{[ 19 ]} Por otro lado, las trifluoroarildiazirinas en particular muestran una estabilidad y cualidades fotolíticas favorables ^{[ 19 ]} y son las más utilizadas en aplicaciones biológicas. ^{[ 1 ]}

Los carbenos producidos a partir de diazirinas se desactivan rápidamente por reacción con moléculas de agua ^{[ 20 ]} , por lo que los rendimientos en los ensayos de reticulación fotorreactiva suelen ser bajos. Sin embargo, dado que esta característica minimiza el marcaje inespecífico, en realidad constituye una ventaja del uso de diazirinas.

Las diazirinas se utilizan ampliamente en estudios de marcaje de receptores. Esto se debe a que se pueden sintetizar análogos de diversos ligandos que contienen diazirina, incubarlos con sus receptores respectivos y, posteriormente, exponerlos a la luz para producir carbenos reactivos. El carbeno se une covalentemente a los residuos del sitio de unión del receptor. El compuesto de carbeno puede incluir una etiqueta o grupo funcional bioortogonal que permite aislar la proteína de interés. A continuación, la proteína se puede digerir y secuenciar mediante espectrometría de masas para identificar a qué residuos se une el ligando que contiene el carbeno y, por lo tanto, determinar la identidad del sitio de unión en el receptor.

Algunos ejemplos de diazirinas utilizadas en estudios de marcaje de receptores son:

• El descubrimiento de un receptor de brasinoesteroides para hormonas vegetales brasinoesteroides por Kinoshita et al. Los investigadores utilizaron un análogo de hormona vegetal con una fracción de reticulación de diazirina y una etiqueta de biotina para el aislamiento e identificación del nuevo receptor. ^{[ 25 ]} Este estudio dio lugar a varios estudios similares realizados con respecto a otras hormonas vegetales.

• El descubrimiento de nuevos receptores cannabinoides no CB1/CB2 utilizando sondas análogas de anandamida que contienen un grupo diazirina por Balas et al. ^{[ 26 ]}
• La cavidad de unión del agente hipnótico propofol en el receptor GABA _A utilizando un análogo de propofol que contiene diazirina. ^{[ 27 ]}

Propofol (izquierda) y m- azipropofol, un análogo de diazirina del mismo.

De manera análoga al marcaje de receptores, también se han utilizado compuestos que contienen diazirina y que son análogos de sustratos naturales para identificar sitios de unión de enzimas. Algunos ejemplos son:

• La síntesis de un análogo de etopósido que contiene diazirina , un fármaco contra el cáncer ampliamente utilizado que actúa sobre la topoisomerasa II , resulta prometedora para la identificación del sitio de unión del etopósido. ^{[ 28 ]}

  

• El descubrimiento de que los inhibidores de la gamma-secretasa de tipo caprolactama se dirigen a la subunidad SPP de la gamma-secretasa , que ha sido implicada en la enfermedad de Alzheimer. ^{[ 29 ]}
• El hallazgo de que la modificación postraduccional O-GlcNAc media interacciones proteína-proteína como con las proteínas 14-3-3 . ^{[ 30 ] [ 31 ]}

Las diazirinas también se han utilizado en experimentos de marcaje por fotoafinidad que involucran ácidos nucleicos. Algunos ejemplos son:

• Incorporación de una fracción de diazirina en un azúcar nucleósido en un polímero de ADN para investigar las interacciones entre el surco menor del ADN y las ADN polimerasas. ^{[ 32 ]}

• Incorporación de una fracción de diazirina en una base nucleosídica en un polímero de ADN para investigar el modo de reparación del ADN por proteínas. ^{[ 33 ]}

  

Las diazirinas también se han utilizado para estudiar las interacciones proteína-lípido, por ejemplo, la interacción de varios esfingolípidos con proteínas in vivo. ^{[ 34 ]}