We have demonstrated that quinone methide (QM) precursors can be introduced in the peptide structure and used as photoswitchable units for peptide modifications. QM precursor 1 was prepared from protected tyrosine in the Mannich reaction, and further used as a building block in peptide synthesis. Moreover, peptides containing tyrosine can be transformed into a photoactivable QM precursor by the Mannich reaction which can afford monosubstituted derivatives 2 or bis-substituted derivatives 3. Photochemical reactivity of modified tyrosine 1 and dipeptides 2 and 3 was studied by preparative irradiation in CHOH where photodeamination and photomethanolysis occur. QM precursors incorporated in peptides undergo photomethanolysis with quantum efficiency Φ = 0.1-0.2, wherein the peptide backbone does not affect their photochemical reactivity. QMs formed from dipeptides were detected by laser flash photolysis (λ ≈ 400 nm, τ = 100 μs-20 ms) and their reactivity with nucleophiles was studied. Consequently, QM precursors derived from tyrosine can be a part of the peptide backbone which can be transformed into QMs upon electronic excitation, leading to the reactions of peptides with different reagents. This proof of principle showing the ability to photochemically trigger peptide modifications and interactions with other molecules can have numerous applications in organic synthesis, materials science, biology and medicine.

New bifunctional quinone methide (QM) precursors, bisphenols 2a–2e, and monofunctional QM precursor 7 were synthesized. Upon treatment with fluoride, desilylation triggers formation of reactive intermediates, QMs, which was demonstrated by trapping QM with azide or methanol. The ability of QMs to alkylate and cross-link DNA was assayed by investigation of the effects of QMs to DNA denaturing, but without conclusive evidence. Furthermore, treatment of a plasmid DNA with compounds 2a–2e and KF, followed by the analysis by alkaline denaturing gel electrophoresis, did not provide evidence for the DNA cross-linking. MTT test performed on two human cancer cell lines (MCF7 breast adenocarcinoma and SUM159 pleomorphic breast carcinoma), with and without fluoride, indicated that 2a–2e or the corresponding QMs did not exhibit cytotoxic activity, in line with the lack of ability to cross-link DNA. The lack of reactivity with DNA and biological activity were explained by sequential formation of QMs where bifunctional cytotoxic reagent is probably never produced. Instead, the sequential generation of monofunctional QM followed by a faster hydrolysis leads to the destruction of biologically active reagent. The findings described here are particularly important for the rational design of new generation of QM precursor molecules that will attain desirable DNA reactivity and cytotoxicity.

Ovo djelo je dano na korištenje pod Creative Commons Attribution 4.0International LicenseInstitut Ruđer Bošković, Bijenička cesta 54, 10 000 Zagreb Sažetak Kinon-metidi (QM, naziv po IUPAC-u: kinometani) su reaktivni međuprodukti koji zauzimaju vrlo značajno mjesto u organskoj kemiji. Njihova primjena u organskoj sintezi je veoma velika, što je dovelo do razvoja velikog broja metoda za njihovo generiranje. Korisni su i u stereoselektivnim reakcijama, čime im je otvoren put za primjenu u totalnoj sintezi, nerijetko struktura koje su već pokazale značajnu biološku aktivnost. Ovim pregledom dan je uvid u metode sintetskog (termičkog) generiranja QM-a te njihovu primjenu u organskoj sintezi, s osvrtom na biološka svojstva samih QM-a ili produkata koji se iz njih dobivaju u sintezi. Ključne riječi Kinon-metidi, derivati fenola, termičko generiranje kinon-metida, kinon-metidi u organskoj sintezi, antiproliferativna aktivnost* Autor za dopisivanje: dr. sc. Đani Škalamera e-pošta: Djani.Skalamera@irb.hr ** Iako IUPAC više ne preporučuje upotrebu naziva kinon-metid, već preporučuje kinometan, autori ovog pregleda odlučili su zadržati stari naziv kinon-metid. Razlog tome je ponajprije usklađenost ovog članka sa svom ostalom relevantnom i recentnom literaturom o kinon-metidima, koja se koristi upravo tim nazivom. 354Đ. ŠKALAMERA et al.: Kinon-metidi (I. dio): Reaktivni međuprodukti u kemiji fenola…, (2017) 353−372 Osim osnovnih (roditeljskih) QM-a 1-3, u literaturi je uobičajeno kinon-metidima nazivati i sve ostale spojeve koji u svojoj strukturi sadrže metilensku i karbonilnu skupinu u vinilognom položaju. Tako se kinon-metidima nazivaju i derivati srodni m-QM-u 2, uobičajeni kod spojeva kod kojih zbog nemogućnosti konjugacije između metilenske skupine i kisika odgovarajući QM ima zwitterionski ili biradikalski karakter. Primjeri za navedene slučajeve prikazani su slikom 3.Slika 3 -Primjer neutralnog 6 2a i zwitterionskog 7 21 QM-a Fig. 3 -Example of neutral 6 2a and zwitterionic 7 21 QM Svojstva i kemijska reaktivnost kinon-metidaQM su reaktivne kratkoživuće vrste, vremena života tipično od <1 ns pa do nekoliko minuta, te je stoga za njihovo proučavanje potrebno primjenjivati tehnike tranzijentne spektroskopije, primjerice lasersku pulsnu fotolizu (LFP, od engl. laser flash photolysis). QM reagiraju s elektrofilima preko kisikova atoma, na način koji je tipičan za fenolate, a s nukleofilima reagiraju na metilenskom položaju pri čemu nastaju produkti Michaelove adicije 10 (shema 1). Kako su QM znatno reaktivniji od običnih enona kakvi su npr. α,β-nezasi eni ketoni, oni mogu reagirati i u [4+2] cikloadicijskim reakcijama (Diels-Alder) s dienofilima bogatim elektronima daju i kao produkte derivate kromana 9 (shema 1).Rearomatizacija koja se događa u reakciji adicije ujedno je i pokretačka sila navedenih reakcija. Supstituenti na QM znatno utječu na brzinu reakcija, te tako mogu utjecati na duljinu vremena života QM-a. 22 Obično su QM sami po sebi elektronski siromašni, pa će zbog toga elektron-odvlačeće skupine djelo...

često prisutni u kemiji i fotokemiji fenola i njima srodnih spojeva.1 Osim vrlo široke primjene u organskoj sintezi, 2,3važna mogućnost primjene je i u biološkim sustavima, ponajprije kao antitumorskih agensa. 4 Potrebu za prouča-vanjem i razumijevanjem kemije QM-a, kao i studiranje njihove potencijalne primjenjivosti u biološkim sustavima pokazuju rezultati do kojih se do sada došlo na Institutu Ruđer Bošković 5,6,7,8,9,10 i u grupi M. Freccera. 6a,11 Kako su QM reaktivni međuprodukti kratkog vremena života, uobičajeno je da se generiraju 3 iz nekog pogodnog prekursora. To se može postići upotrebom odgovarajućih reagensa ili grijanjem (sintetske ili termičke metode).3 Kako u biološ-kim sustavima najčešće nije baš pogodno upotrebljavati takve reagense, fotokemijske metode generiranja QM-a tu postižu veliku prednost. Iz pogodnog prekursora može se nakon pobude svjetlom određene valne duljine generirati QM. Prednost toga je da se QM generira samo tada kad se to želi i samo na mjestu gdje je osvjetljeno. Međutim, kako bi QM mogli imati praktičnu primjenu u medicini, potrebno je pronaći sustave koji bi mogli dati QM nakon pobuđivanja svjetlom u vidljivom području, idealno iznad 500 nm, ili barem svjetlom > 350 nm, koje ne apsorbiraju uobičajene unutarstanične molekule. Primjeri prekursora QM-a koje bi se moglo pobuditi vidljivim dijelom spektra nisu do sada opisani u literaturi. Fotokemijske metode generiranja QM-aU fotokemijskim reakcijama sudjeluju vrste koje su elektronski pobuđene, zbog čega imaju znatno različitu raspodjelu elektrona u molekuli nego što je to slučaj u osnovnom stanju te je i reaktivnost u pobuđenom stanju drugačija nego u osnovnom stanju. Derivati fenola i fenilnih etera ili laktona koji podliježu ß-cijepanju najčešće se upotrebljavaju za generiranje QM-a u fotokemijskim reakcijama.Takav tip reakcija poznat je još iz pionirskog rada Zimmermana, koji je studirao reakcije solvolize s nukleofilnim otapalom, tj. nukleofilne supstitucije skupine vezane u ß-položaju u odnosu na kromofor.12 Mehanizam reakcije kod aromatskih spojeva, prema poznatim literaturnim podacima, može uključivati nastanak arilnih karbokationa, 13 karbena 14 ili homolitičko cijepanje veze praćeno prijenosom elektrona.15 Iako se odvijaju različitim mehanizmom od reakcija u aromatskim spojevima, 12 takve reakcije uobičajene su i u fotokemiji mnogih karbonilnih spojeva.16 U nastavku će biti naveden pregled reakcija fotokemijskog generiranja QM-a. Fotofragmentacija oksaheterocikalaJedna od prvih opisanih metoda fotokemijskog generiranja QM-a bila je fotofragmentacija oksaheterocikala. Chapman i sur. studirali su generiranje QM-a iz benzolaktona 1, i sulfona 4. Nakon fotopobude i eliminacije male molekule (CO ili SO 2 ) nastaje QM, koji odmah reagira s prisutnim nukleofilnim otapalom -metanolom, dajući o-hidroksibenzil-metil-eter (3) kao produkt reakcije fotosolvolize (shema 1). U Diels-Alderovoj reakciji [4+2] cikloadicije QM-a 2 i 1,1-dimetoksieten (5) daju kroman 6, čijom izolacijom je na neizravan način dokazano postojanje QM-a...