之前的研究表明在水溶液体系中，卤素和过氧化物能够快速定量地将碲吩中的二价碲氧化为四价碲，使碲吩的芳香性降低，反应性提高。同时，包含碲吩结构的L-碲吩丙氨酸（TePhe）作为L-苯丙氨酸（Phe）的类似物，具有与苯丙氨酸高度相似的结构以及较低的毒性，使得细胞能够通过内源性机制有效地将其摄入细胞并掺入蛋白质中。本文中作者在此基础上开发出了一种基于碲吩的生物正交反应，称为氧化控制、张力促进的碲吩炔基环氧化反应（Oxidation-Controlled, Strain-Promoted Tellurophene-Alkyne Cycloaddition, OSTAC）：TePhe在N-氯琥珀酰亚胺（NCS）的氧化作用下，从Te（Ⅱ）被氧化为Te（Ⅳ），Te（Ⅳ）与桥环[6, 1, 0]壬炔（BCN）作用，可以发生张力促进的环加成反应。
作者首先用N-乙酰-L-碲吩丙氨酸-异丙酰胺作为TePhe在多肽链中的模型，验证了TePhe在水溶液体系中与NCS的反应性。通过引入N-甲基琥珀酰亚胺（NMM），并通过ESIMS与1H NMR对反应结果进行分析，作者证明了NCS氧化得到的Te（Ⅳ）物种自身之间以及与NMM之间均可以发生环加成反应，推测的反应历程如图所示。
接着，作者尝试用化合物1与BCN反应，实验证明在NCS的作用下，化合物1能够快速完全地与BCN进行环加成反应，得到苯并环辛烷产物。动力学研究表明动力学分析表明，微摩浓度的反应物能够在20分钟内反应完全，反应的速率常数为110 ± 10 M-1·s-1，反应决速步为环加成反应。该反应的动力学常数表明，Te（Ⅳ）与BCN的反应速率是Te（Ⅳ）自身二聚反应的5000倍。因此，OSTAC反应比大多数的SPAAC和SPANC反应都要快，与CuAAC的反应速率相当。
为了评估OSTAC反应的生物正交性，作者在三种具有不同二级结构和氨基酸组成的蛋白（MBP、Bcx、3CLpro）中引入了TePhe，接着用NCS和带有荧光素修饰的BCN探针（BCN-FAM）对蛋白进行标记，通过SDS-PAGE和ESI-MS证明OSTAC处理后BCN探针的标记能够选择性地发生在TePhe位点。但是在实验中作者发现NCS处理后会造成部分甲硫氨酸（Met）以及半胱氨酸（Cys）氧化，并且在对含有Cys的蛋白进行标记时，Cys会通过巯基-炔基反应以及磺酸基团的环加成反应使BCN发生非特异性标记。为了解决非特异性标记的问题，作者利用了DBCO与TePhe的低反应性，在BCN-FAM标记之前，先将蛋白与DBCO-OH以及NCS共孵育，并结合IAA的巯基烷基化处理，有效地消除了非特异性标记，并且这种阻断对于TePhe本身的反应并没有影响。
文章作者：LHC
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c07275
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