on-DNA吲哚C3-H硒化反应研究文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

1. 课题背景

1.DNA编码化合物库

DNA编码化合物库（DELs）技术是有由Scripps研究所的Richard A. Lerner教授和Sydney Brenner教授于1992年提出的一项开创性的小分子药物筛选技术。通常在DELs的合成过程中，每个合成砌块都被分配一段特异性的DNA标签，然后借助于组合化学的“均分与组合”的策略和T4 DNA连接酶对DNA标签的高效的连接效率来进行库的合成。最终，在生成的包含多达数亿化学小分子的DEL中，实现对每一个化合物的特异性DNA编码，DNA序列形式上相当于一种记录化合物合成信息的“条形码”。在靶标蛋白的作用下经过基于亲和力的筛选后，通过PCR扩增所富集到的高亲和力的化合物所携带的DNA标签，并通过高通量测序确定DNA的序列信息，进而解析出先导化合物的结构信息，具有诸多其他筛选方法不具有的优势。

2.含硒药物研究概述

近几十年来，含硒化合物因其重要的合成应用、广泛的生物活性^[3,2]以及独特的光物理^[4]和氧化还原响应特性^[5]而在合成^[4-6]和药物化学以及材料科学领域引起了越来越多的关注。对于人类来说，硒是一种必需的微量元素，它是至少 25 种参与广泛生理过程的硒蛋白的组成部分，例如谷胱甘肽过氧化物酶(GPxs)、碘甲状腺原氨酸脱碘酶、硒蛋白P和硫氧还蛋白还原酶 (TrxRs)^[9]。这些硒蛋白在消除自由基、激活和失活甲状腺激素以及参与硒的运输方面发挥着关键作用。它对健康的有益作用促使科学家们不懈地设计、合成和筛选可用于预防和治疗疾病的有机硒（org-Se）化合物。

硒与硫位于同一主族，但含硒化合物通常比它们的含硫对应物表现出更强的生物活性，主要存在以下细微化学差异^[1]：

1. Se原子半径大于S，导致其外层价电子更加容易被氧化剂夺走，赋予了Se更强的抗氧化性；
2. Se-H酸性大于S-H，例如硒代半胱氨酸的pka为5.24，半胱氨酸pka为8.25；
3. Se=O双键较大的杂化轨道和较长的键长导致较弱的pi;重叠，降低了Se=O键的pi;键性能，从而使含Se=O的化合物容易被还原为低价硒如硒醇和硒化物等物质，还可以通过可逆的氧化还原过程持续抵抗活性氧（ROS）；
4. 相比S，Se的可极化性更强（“更软”的亲核试剂），这更有利于Se与酶催化位点的金属中心配位；
5. 半径更大的Se使得轨道重叠减少，键长更长，导致Se-X键的键能小于S-X键，这也意味着Se-X键的sigma;^*轨道能量低于S-X键，因此Se是一个更活泼的电子接受体并且拥有更强的亲核性；
6. Se更大的半径会调整分子的构象偏差，也会增加分子空间位阻；
7. Se更低的极性和更强的可极化性赋予了药物分子更好地亲脂性和细胞膜渗透性。

含硒化合物主要分为无机硒化物、有机硒化物和硒蛋白。其中，有机硒化合物是开发和研究最多的，与无机硒化合物相比，其毒性更低，生物活性更高。许多含硒小分子通过清除活性氧表现出良好的抗氧化活性。其出色的还原能力归因于硒的强亲核能力和更松散结合的外价电子，使硒化合物成为突出的双电子和单电子转移还原剂^[1]。已经报道了各种有机硒化合物，如含硒杂环化合物作为治疗癌症、中风和糖尿病等一系列疾病的潜在治疗剂。据报道，将硒掺入天然产物如萜类化合物^[10]、糖苷^[11]和核苷^[12]中会产生增加或协同的药理活性。

在广泛的 org-Se 物种中，二芳基硒化物是一类特别重要的化合物，因为它们具有良好的谷胱甘肽过氧化物酶 (GPx) 模拟活性以及良好的稳定性。另一方面，由于吲哚是一些内源性效应分子如天然氨基酸色氨酸和神经递质5-羟色胺的核心骨架，有机体中有许多靶点可以识别这个基序，这使得吲哚被认为是一种新药研究中的“特权结构”^[13]。因此，就药物发现而言，含吲哚的二芳基硒化物极具潜力。具体而言，据报道，一些 3-硒吲哚具有良好的抗炎^[14]或抗肿瘤活性^[16,15]。

根据它们的重要性，许多注意力都集中在开发 3-硒吲哚的新合成路线上。为此，已经开发了一些优雅的方法，分别使用氯化硒^[17]、二硒化物^[18–20]、苯基硒邻苯二甲酰亚胺 (NPSP) ^[21]和硒氰酸酯^[22]作为硒源。尽管这些方法具有潜在效用，但它们通常存在一些固有缺点，例如反应时间较长、原子经济性差、有毒副产物 (CN-)、苛刻条件（强碱和高温）以及使用等效物或过量添加剂（碱和氧化剂）。到目前为止，还没有关于可用于平行合成的硒化方法的报道，特别是直接在 96 孔微量滴定板中。

而且，目前构建多种含硒杂环或硒环化合物的方法尚不完善，极大地阻碍了含硒药物的开发。考虑到DNA编码化合物库的技术快速生成潜在先导化合物的强大能力，我们相信开发新的DNA相容化学反应用于合成含Se的DNA编码文库可以推动含硒药物开发。

依布硒啉是一种活跃于临床研究中的多功能药物，它可以模拟谷胱甘肽过氧化物酶的活性，并容易与细胞硫醇形成 Se-S 加合物。特别是，它已被确定为 SARS-CoV-2 主蛋白酶 (Mpro) 的潜在抑制剂，37°C在组氨酸 41 (His41) 的帮助下对半胱氨酸 145 (Cys145) 进行共价修饰^[23]。

1. 要解决的问题

考虑到含硒化合物广泛的生物活性且含硒杂环或硒环药物构建方法不完善，我们希望基于N-Se键良好的亲电特性，设计苯并硒唑酮作为一种新型的双功能硒化剂来开发on-DNA吲哚化合物硒化方法，为含硒DNA编码化合物库的合成提供新的策略，加速含硒药物的发现。

1. 研究方法和内容

1.研究方法

本研究项目主要采用有机合成策略先合成DNA-吲哚连接物，然后优化on-DNA吲哚连接物硒化反应条件，再进一步探索on-DNA硒化反应的不同底物的适用范围。

2.研究内容

图1. DNA-吲哚连接物的合成（HPi1~HPi9）

通过购买市售的DNA接头按照图1的反应条件合成9种DNA-吲哚连接物（HPi1-HPi9）。根据我们课题组初步探索得到的B(C₆F₅)₃催化off-DNA硒化反应条件，选取其中化合物HPi1进行on-DNA硒化反应优化，如图2。最后，用最优的on-DNA硒化反应条件探索该反应的底物适用性，不同底物结构如图3所示。

图2. 探索最优反应条件的反应

图3. B(C₆F₅)₃催化的DNA-吲哚连接物on-DNA C-H硒化反应以及Se1~Se9结构

1. 可行性分析

1.原料市售简单易得,合成路线步骤短，易操作，产率高，利用较为成熟的化学反应，易于本科生操作。

2.所在课题有扎实的DNA编码化合物库研究基础，和成熟的DEL筛选评价方案。

3.本课题有硕士研究生与博士生研究生参与，对成员的有机实验合成实验及活性评价进行指导，本实验室前期有关On-DNA反应的研究对于本实验有重要的指导意义。

1. 工作计划

2月28日—3月20日：完成文献查阅、开题报告等前期工作。

3月21日—5月10日： 完成DNA-吲哚连接物的合成，完成on-DNA反应条件优化，用on-DNA硒化最优条件探索不同底物适用性。

5月11日—5月27日：完成毕业论文的撰写工作。

5月27日—6月09日：完成毕业论文的评阅、答辩与修改工作。

6月10日后：完成毕业论文的校对、归档等工作。

参考文献：

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开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

1. 课题背景

1.DNA编码化合物库

DNA编码化合物库（DELs）技术是有由Scripps研究所的Richard A. Lerner教授和Sydney Brenner教授于1992年提出的一项开创性的小分子药物筛选技术。通常在DELs的合成过程中，每个合成砌块都被分配一段特异性的DNA标签，然后借助于组合化学的“均分与组合”的策略和T4 DNA连接酶对DNA标签的高效的连接效率来进行库的合成。最终，在生成的包含多达数亿化学小分子的DEL中，实现对每一个化合物的特异性DNA编码，DNA序列形式上相当于一种记录化合物合成信息的“条形码”。在靶标蛋白的作用下经过基于亲和力的筛选后，通过PCR扩增所富集到的高亲和力的化合物所携带的DNA标签，并通过高通量测序确定DNA的序列信息，进而解析出先导化合物的结构信息，具有诸多其他筛选方法不具有的优势。