生物正交化学

施陶丁格偶联反应

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。

生物正交性

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

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

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。

无铜（催化的）点击化学

无铜点击化学不需要使用有毒的铜离子作为催化剂，同时又具有反应快速的优点，因此成为施陶丁格偶联反应的完美替代反应（第一级反应速率提高60倍）。该反应是一种环张力促进的叠氮-炔基环加成反应(SPAAC)。

生物正交性

尽管叠氮化物不是活性最高的1,3-偶极体，但其具有分子小、在新陈代谢过程中保持稳定、不是天然存在于生物体中，因此是一种极好的生物正交官能团。 
炔基虽没有叠氮基团那幺小，但也具有稳定性和生物正交性，常用于活体内标记。

区域选择性

无铜点击化学缺乏区域选择性，反应产生的三唑是立体异构体混合物，但是这并不影响该反应的大多数应用。

硝酮类化合物环加成反应

使用硝酮作为1,3-偶极体可用于修饰肽