生物正交化学

施陶丁格偶联反应是由贝尔托西课题组于2000年基于施陶丁格反应发展而来。[14]

生物正交性

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叠氮化物是一种软亲电试剂，因此更倾向于与软亲核试剂膦反应（与多数生物体内亲核体相比）。该反应有很高的选择性，可在水相进行，生成稳定产物。

由于膦不是天然存在于生物体内的化合物，而且也不会还原二硫键，因此避免了副反应的发生。

有机叠氮化物已被证明具有很好的生物兼容性，比如叠氮胸苷早已是FDA批准的药物。叠氮基团由于分子体积小，易于通过新陈代谢引入到生物分子上。

机理

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传统的施陶丁格反应

亲核性的膦进攻叠氮基团的末端氮原子。通过一个四元环过渡态，N2离去而形成氮杂叶立德。不稳定的叶立德水解成氧化膦和伯胺。该反应不是生物正交反应，因为水解反应破坏了氮杂叶立德。

施陶丁格偶联反应

对叠氮基团的亲核进攻是限速步骤，叶立德与亲电性的酯发生分子内成环反应形成五元环，最后经过水解反应形成稳定的酰胺键。

局限性

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膦试剂在活体内发生缓慢氧化。

该反应的动力学不够迅速，二级反应速率常数约0.0020 M−1•s−1。可以通过在膦上添加供电子基团提高亲核反应速率，但是这同时也加快了其被空气氧化的速率。

为了弥补反应动力学上的不足，常常需要使用高浓度的膦试剂。这往往会导致成像等应用中背景信号（噪音）太高的问题。为了克服背景过高的问题，又发展了基于荧光素和萤光素的荧光膦试剂。[15]