Biotin-PEG3-hydrazide 化(huà)學(xué)性質詳解

Biotin-PEG3-hydrazide（生(shēng)物素(sù)-PEG3-酰(xiān)肼），CAS 號(hào) 1381861-94-4，是(shì)一種酰肼(jǐng)活(huó)化(huà)的生(shēng)物素(sù)化試(shì)劑(jì)，由生物素(sù)識別端(duān)，PEG3 親(qīn)水(shuǐ)間(jiān)隔臂(bì)和(hé)酰(xiān)肼(jǐng)反應基團三部分構成(chéng)。以下(xià)從(cóng)理化參數，結構(gòu)特(tè)征(zhēng)，反應(yīng)活(huó)性(xìng)和穩定(dìng)性四個維度進行(háng)係統介紹(shào)。

一，基本(běn)理化(huà)參數(shù)

CAS 號：1381861-94-4

分子式：C₁₉H₃₅N₅O₆S

精(jīng)確分子量（Exact Mass）：461.2308

分子量（MW）：461.58

外(wài)觀(guān)：白色至類白(bái)色(sè)固體

純度：≥95%

熔點：184–186 °C

沸(fèi)點：813.7 ± 65.0 °C（760 mmHg，預(yù)測值(zhí)）

密度：1.116 ± 0.06 g/cm³（預測值）

pKa：13.90 ± 0.40（預測(cè)值）

溶解(jiě)度：可(kě)溶(róng)於水，DMSO，DMF 等有機溶(róng)劑

二(èr)，結構特征

從結構(gòu)上看，Biotin-PEG3-hydrazide 包含(hán)三個(gè)功(gōng)能區(qū)域。第(dì)一(yī)是生(shēng)物素(sù)端（biotin moiety），由噻吩環與咪唑酮環稠(chóu)合(hé)而成(chéng)的雙環結構，這是(shì)與(yǔ)鏈黴親(qīn)和素(sù)/親(qīn)和素(sù)結合的識別(bié)基團，結(jié)合常數(shù)高(gāo)達約(yuē) 10⁻¹⁵ M。第二(èr)是 PEG3 間隔臂(bì)，由(yóu)三個乙(yǐ)二(èr)醇(chún)單(dān)元（–OCH₂CH₂–）₃ 組(zǔ)成，長度約 12 Å，起到親水增溶(róng)和(hé)空間緩衝的(dí)作用。第(dì)三(sān)是(shì)酰肼(jǐng)反應基團（–CONHNH₂），這(zhè)是整(zhěng)個(gè)分(fēn)子的化(huà)學活(huó)性(xìng)中(zhōng)心，負(fù)責與醛基/酮基發生特異性偶聯(lián)反(fǎn)應。

三，反(fǎn)應(yīng)活性

與(yǔ)醛基的(dí)腙(zōng)化反(fǎn)應(yīng)

酰(xiān)肼基團（–CONHNH₂）在弱酸性條件(jiàn)（pH 4.5–5.5）下與醛(quán)基(jī)（–CHO）發生(shēng)親核加成-消除(chú)反(fǎn)應，生成腙鍵(jiàn)（hydrazone, –C=N–NH–）。該反應(yīng)具有高度(dù)化(huà)學選擇性(xìng)，在溫(wēn)和條(tiáo)件(jiàn)下(xià)即可完(wán)成(chéng)，不與(yǔ)氨基，羧(suō)基(jī)，羥基等常見官能(néng)團發生(shēng)副(fù)反(fǎn)應。反應的最(zuì)佳(jiā) pH 為 4.5–5.5，反(fǎn)應(yīng)時(shí)間(jiān)通(tōng)常為(wéi) 1–2 小時（室溫）或(huò)過(guò)夜(yè)（4°C）。

與(yǔ)酮基的(dí)反(fǎn)應(yīng)

酰(xiān)肼(jǐng)也(yě)可與酮(tóng)基（–C=O）反應生成腙(zōng)，但反應速率明(míng)顯慢於(yú)醛基(jī)，通常需要(yào)更長(cháng)的(dí)反應時間或更(gēng)低的 pH（約 4.0）來(lái)驅動反應完(wán)成。

與(yǔ)蛋(dàn)白質(zhì)羰(tāng)基的直(zhí)接偶(ǒu)聯

在 pH 5.0–5.5 條件(jiàn)下，酰(xiān)肼基(jī)團(tuán)可直(zhí)接(jiē)與蛋白(bái)質(zhì)上(shàng)由氧化(huà)應激產(chǎn)生的(dí)羰基(jī)（C=O）反(fǎn)應(yīng)，無需催化(huà)劑或還(huán)原劑(jì)。

與高碘(diǎn)酸(suān)氧化(huà)產物(wù)的偶聯

當糖蛋(dàn)白，多(duō)糖，RNA 等分(fēn)子(zǐ)經 NaIO₄ 氧化後(hòu)，其順式二(èr)醇(chún)（cis-diol）被轉(zhuǎn)化為醛基(jī)，隨後與酰(xiān)肼基(jī)團高(gāo)效偶聯。

PEG3 間隔臂對(duì)反(fǎn)應活性的影響

PEG3 鏈(liàn)的(dí)引入使生物素端遠離反應位點，有效(xiào)降(jiàng)低(dī)了空間位阻效應(yīng)。與無 PEG 間(jiān)隔臂的(dí) Biotin Hydrazide HCl 相(xiāng)比(bǐ)，Biotin-PEG3-hydrazide 與(yǔ)鏈黴(méi)親和(hé)素的結合效(xiào)率(shuài)提升(shēng)顯著，同(tóng)時(shí)偶(ǒu)聯產物(wù)在水(shuǐ)相中的(dí)溶解度(dù)更(gēng)好，不易(yì)發(fā)生(shēng)聚(jù)集沉澱。

四，穩定(dìng)性

熱(rè)穩定性：熔點為 184–186 °C，表明該化合(hé)物在(zài)常(cháng)溫(wēn)下(xià)具有良(liáng)好(hǎo)的(dí)固態穩(wěn)定(dìng)性。但在高溫（>100 °C）條(tiáo)件(jiàn)下(xià)，腙鍵(jiàn)可(kě)能(néng)發(fā)生(shēng)水(shuǐ)解斷裂，因此應避免高(gāo)溫操(cāo)作。

水解穩(wěn)定性：酰肼基(jī)團(tuán)在(zài)中性和(hé)鹼性(xìng)條(tiáo)件下相對穩定(dìng)，但在強(qiáng)酸性條(tiáo)件（pH < 3）下(xià)可(kě)能(néng)發生水解(jiě)。生成的(dí)腙(zōng)鍵在(zài) pH 5–7 範(fàn)圍內最(zuì)為(wéi)穩(wěn)定，在強酸(suān)性(xìng)環(huán)境（pH < 4）下(xià)可(kě)緩(huǎn)慢(màn)水解，這一(yī)特性(xìng)恰(qià)好(hǎo)被用於(yú)某些(xiē)可控釋放(fàng)係統(tǒng)的(dí)設(shè)計。

氧化穩(wěn)定性(xìng)：生物素端(duān)的噻吩(fēn)環(huán)對氧化較為敏(mǐn)感，長期暴(bào)露於空氣中可能發(fā)生緩慢(màn)氧化降(jiàng)解(jiě)。因此(cǐ)建議(yì)在(zài) –20°C，避(bì)光(guāng)，避濕(shī)條件下儲(chǔ)存(cún)，避免(miǎn)反(fǎn)復(fù)凍融。

光(guāng)穩定性：對(duì)光敏(mǐn)感，尤其是紫外(wài)光(guāng)照射可加(jiā)速降(jiàng)解(jiě)。儲(chǔ)存(cún)和(hé)操作(zuò)時應(yīng)盡量(liáng)避光(guāng)。

儲存建(jiàn)議：推(tuī)薦在 –20°C 條(tiáo)件(jiàn)下(xià)儲(chǔ)存，幹燥，避(bì)光(guāng)，密封保(bǎo)存(cún)。儲(chǔ)存液(yè)建議用 DMSO 配製(zhì)，避(bì)免使用(yòng)水溶液(yè)長期(qī)保(bǎo)存。

五(wǔ)，酸鹼(jiǎn)性質

pKa（預測值）為(wéi) 13.90 ± 0.40，說明酰(xiān)肼基團上的 –NH₂ 在(zài)生(shēng)理 pH 條件(jiàn)下主(zhǔ)要(yào)以質子(zǐ)化(huà)形(xíng)式(shì)（–NHNH₃⁺）存在，這有(yǒu)利(lì)於(yú)其作為親(qīn)核試劑進攻醛基(jī)的碳(tàn)原子。PEG3 鏈上(shàng)的醚(mí)氧原(yuán)子(zǐ)不具(jù)酸鹼活性，對整(zhěng)體 pKa 貢獻極小。生(shēng)物素端(duān)的(dí)咪唑(zuò)酮(tóng)環(huán)上的(dí) N–H 具有弱酸(suān)性（pKa ≈ 9.5），但在(zài)常(cháng)規反應 pH（4.5–5.5）下(xià)不(bù)會(huì)發(fā)生(shēng)去質(zhì)子(zǐ)化(huà)，不影(yǐng)響反(fǎn)應(yīng)選(xuǎn)擇性。

六，溶解(jiě)度(dù)與溶劑兼(jiān)容(róng)性

Biotin-PEG3-hydrazide 因 PEG3 鏈(liàn)的存(cún)在(zài)，具(jù)有優(yōu)異的水溶性(xìng)，可(kě)直接在水(shuǐ)相緩(huǎn)衝(chōng)液中(zhōng)配製(zhì)使用，無需借助(zhù) DMF，DCM 等(děng)有機(jī)溶(róng)劑。同時也全溶於 DMSO，在(zài) DMF 中也有(yǒu)一(yī)定溶解度(dù)，但在 DMF 中 PEG 鏈可能發(fā)生(shēng)脫水收(shōu)縮(suō)，影(yǐng)響反應活(huó)性。因(yīn)此推(tuī)薦(jiàn)使用水相緩衝液(yè)（如 PBS，MES，醋酸(suān)鹽緩(huǎn)衝(chōng)液(yè)，pH 4.5–5.5）作為反應體係，DMSO 作(zuò)為儲(chǔ)存溶劑。

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