Bioorthogonal chemistry
بائیو آرتھوگنل کیمسٹری کی اصطلاح سے مراد کوئی بھی کیمیائی رد عمل ہے جو مقامی بائیو کیمیکل عمل میں مداخلت کیے بغیر جاندار نظام کے اندر ہو سکتا ہے۔ یہ اصطلاح 2003 میں کیرولن آر برٹوزی نے تیار کی تھی۔ اس کے تعارف کے بعد سے، بائیو آرتھوگنل رد عمل کے تصور نے سیلولر زہریلے پن کے بغیر زندہ نظاموں میں حقیقی وقت میں حیاتیاتی سالمات جیسے گلائکنز، پروٹینز اور لپڈز کے مطالعہ کو قابل بنایا ہے۔ متعدد کیمیائی لائیگیشن کی حکمت عملی تیار کی گئی ہیں جو بائیو آرتھوگونالیٹی کی ضروریات کو پورا کرتی ہیں، بشمول ایزائڈز اور سائکلوکٹائنز کے درمیان 1,3-دو قطبی سائکلوڈڈیشن (جسے تانبے سے پاک کلک کیمسٹری بھی کہا جاتا ہے)، نائٹروون اور سائکلوکٹائنز کے درمیان، ایلڈیہائڈز اور کیٹونز سے آکسیم/ہائیڈرازون کی تشکیل، ٹیٹرازین لائیگیشن، آئسوکینائڈ پر مبنی کلک ری ایکشن، اور حال ہی میں، کواڈریسیکلین لائیگیشن۔ بائیو آرتھوگنل کیمسٹری کا استعمال عام طور پر دو مراحل میں ہوتا ہے۔ سب سے پہلے، سیلولر سبسٹریٹ کو بائیو آرتھوگنل فنکشنل گروپ (کیمیائی رپورٹر) کے ساتھ تبدیل کیا جاتا ہے اور سیل میں متعارف کرایا جاتا ہے۔ سبسٹریٹس میں میٹابولائٹس، انزائم انفیکٹرز وغیرہ شامل ہوتے ہیں۔ کیمیائی رپورٹر کو سبسٹریٹ کی ساخت کو ڈرامائی طور پر تبدیل نہیں کرنا چاہیے تاکہ اس کی بائیو ایکٹیویٹی کو متاثر کرنے سے بچ سکے۔ دوسرا، سبسٹریٹ کو رد عمل اور لیبل کرنے کے لیے تکمیلی فنکشنل گروپ پر مشتمل ایک تحقیقات متعارف کرائی جاتی ہے۔ اگرچہ تانبے سے پاک کلک کیمسٹری جیسے موثر بائیو آرتھوگنل رد عمل تیار کیے گئے ہیں، لیکن نئے رد عمل کی ترقی لیبلنگ کے لیے آرتھوگنل طریقے پیدا کرتی رہتی ہے تاکہ ایک ہی بائیو سسٹمز میں لیبلنگ کے متعدد طریقوں کو استعمال کیا جا سکے۔ برٹوزی کو کلک کیمسٹری اور بائیو آرتھوگنل کیمسٹری کی ترقی کے لیے 2022 میں کیمسٹری کا نوبل انعام دیا گیا۔ لفظ بائیو آرتھوگنل یونانی بائیو-"لیونگ" اور آرتھوگونیوس "رائٹ اینگلڈ" سے آیا ہے۔ اس طرح لفظی طور پر ایک ایسا رد عمل جو کسی جاندار نظام کو عمودی طور پر جاتا ہے، اس طرح اسے پریشان نہیں کرتا ہے۔ بائیو آرتھوگنالیٹی کے تقاضے بائیو آرتھوگنل سمجھے جانے کے لیے، ایک رد عمل کو متعدد تقاضوں کو پورا کرنا چاہیے: انتخاب: حیاتیاتی مرکبات کے ساتھ ضمنی رد عمل سے بچنے کے لیے ردعمل کو اینڈوجینس فنکشنل گروپوں کے درمیان منتخب ہونا چاہیے۔ حیاتیاتی جمود: رد عمل والے شراکت داروں اور اس کے نتیجے میں ہونے والے ربط میں رد عمل کا کوئی طریقہ نہیں ہونا چاہیے جو زیر مطالعہ حیاتیات کی مقامی کیمیائی فعالیت کو متاثر کرنے کے قابل ہو۔ کیمیائی جمود: کوولینٹ لنک حیاتیاتی رد عمل کے لیے مضبوط اور غیر فعال ہونا چاہیے۔ حرکیات: رد عمل تیز ہونا چاہیے تاکہ میٹابولزم اور کلیئرنس کی تحقیقات سے پہلے کوولینٹ لائیگیشن حاصل کیا جا سکے۔ رد عمل تیز ہونا چاہیے، سیلولر عمل کے وقت کے پیمانے پر (منٹ) رد عمل میں مسابقت کو روکنے کے لیے جو کم کثرت والی انواع کے چھوٹے اشاروں کو کم کر سکتا ہے۔ تیز رد عمل بھی تیز ردعمل پیش کرتے ہیں، جو متحرک عمل کو درست طریقے سے ٹریک کرنے کے لیے ضروری ہے۔ رد عمل حیاتیاتی مطابقت: رد عمل غیر زہریلا ہونا چاہیے اور پی ایچ، آبی ماحول اور درجہ حرارت کو مدنظر رکھتے ہوئے حیاتیاتی حالات میں کام کرنا چاہیے۔ فارماکوکینٹکس ایک بڑھتی ہوئی تشویش ہے کیونکہ بائیو آرتھوگنل کیمسٹری زندہ جانوروں کے نمونوں تک پھیلتی ہے۔ قابل رسائی انجینئرنگ: کیمیائی رپورٹر کو میٹابولک یا پروٹین انجینئرنگ کی کسی شکل کے ذریعے حیاتیاتی سالمات میں شامل کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ بہتر طور پر، فعال گروپوں میں سے ایک بھی بہت چھوٹا ہوتا ہے تاکہ یہ مقامی رویے میں خلل نہ ڈالے۔ اسٹاؤنجر لائیگیشن ایک رد عمل ہے جو برٹوزی گروپ نے 2000 میں تیار کیا تھا جو ٹرائریل فاسفائنز کے ساتھ ایزائڈز کے کلاسک اسٹاؤنجر رد عمل پر مبنی ہے۔ اس نے بائیو آرتھوگنل کیمسٹری کے میدان کو مکمل طور پر ابیوٹک فنکشنل گروپوں کے ساتھ پہلے رد عمل کے طور پر شروع کیا حالانکہ اب یہ اتنا وسیع پیمانے پر استعمال نہیں ہوتا ہے۔ اسٹاؤڈنگر لائیگیشن زندہ خلیوں اور زندہ چوہوں دونوں میں استعمال کیا گیا ہے۔ بائیو آرتھوگونالیٹی ایزائڈ ایک نرم الیکٹروفائل کے طور پر کام کر سکتا ہے جو فاسفائنز جیسے نرم نیوکلیوفائلز کو ترجیح دیتا ہے۔ یہ زیادہ تر حیاتیاتی نیوکلیوفائلز کے برعکس ہے جو عام طور پر سخت نیوکلیوفائلز ہوتے ہیں۔ ردعمل ایک مستحکم پروڈکٹ تیار کرنے کے لیے پانی برداشت کرنے والے حالات میں منتخب طور پر آگے بڑھتا ہے۔ فاسفین زندہ نظاموں سے مکمل طور پر غیر حاضر ہیں اور ہلکی تخفیف کی صلاحیت کے باوجود ڈائیسلفائیڈ بانڈ کو کم نہیں کرتے ہیں۔ ایزائڈز کو ایف ڈی اے سے منظور شدہ دوائیوں جیسے ایزائڈوتھیمیڈائن اور کراس لنکرز کے طور پر دیگر استعمال کے ذریعے بائیو مطابقت پذیر دکھایا گیا تھا۔ مزید برآں، ان کا چھوٹا سائز انہیں سیلولر میٹابولک راستوں کے ذریعے بائیو مالیکیولز میں آسانی سے شامل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ میکانزم کلاسیکی اسٹاؤڈنگر رد عمل نیوکلیوفیلک فاسفین الیکٹروفیلک ٹرمینل نائٹروجن پر ایزائڈ پر حملہ کرتا ہے۔ چار رکنی منتقلی کی حالت کے ذریعے، N2 ایک ایزائیلائڈ بنانے کے لیے کھو جاتا ہے۔ غیر مستحکم یلائڈ کو فاسفین آکسائڈ اور ایک بنیادی امین بنانے کے لیے ہائیڈرولائز کیا جاتا ہے۔ تاہم، یہ تعامل فوری طور پر بائیو آرتھوگنل نہیں ہوتا ہے کیونکہ ہائیڈرولائسیس ایزائیلائڈ میں کوولینٹ بانڈ کو توڑ دیتا ہے۔ اسٹاؤڈنگر لائیگیشن رد عمل میں ترمیم کی گئی تاکہ ایک ایسٹر گروپ آرتھو کو فاسفورس ایٹم کے ساتھ شامل کیا جا سکے جو ایرل رنگوں میں سے ایک پر ہے تاکہ عزا-یلائڈ کو رد عمل کے ایک نئے راستے سے ہدایت دی جا سکے تاکہ مقامی ارتکاز کو بڑھانے کے لیے ایسٹر کو پوزیشن دے کر فوری ہائیڈرولائسیس سے مقابلہ کیا جا سکے۔ ایزائڈ پر ابتدائی نیوکلیوفیلک حملہ شرح کو محدود کرنے والا مرحلہ ہے۔ یلائڈ الیکٹروفیلک ایسٹر ٹریپ کے ساتھ انٹرا مالیکیولر سائیکلائزیشن کے ذریعے رد عمل ظاہر کرتا ہے اور پانچ رکنی رنگ بناتا ہے۔ یہ رنگ ایک مستحکم امیڈ بانڈ بنانے کے لیے ہائیڈرولیسس سے گزرتا ہے۔ حدود فاسفین ریجینٹ آہستہ آہستہ جاندار نظاموں میں ہوا کے آکسیکرن سے گزرتے ہیں۔ مزید برآں، یہ امکان ہے کہ وہ سائٹوکروم P450 انزائموں کے ذریعہ وٹرو میں میٹابولائز ہوتے ہیں۔ رد عمل کی حرکیات دوسری ترتیب کی شرح کے مستقل کے ساتھ 0.0020 M−1·s−1 کے ارد گرد سست ہوتی ہیں۔ فاسفائنز میں الیکٹران عطیہ کرنے والے گروپوں کو شامل کرکے نیوکلیوفیلک حملے کی شرحوں کو بڑھانے کی کوششوں سے حرکیات میں بہتری آئی، بلکہ ہوا کے آکسیکرن کی شرح میں بھی اضافہ ہوا۔ ناقص حرکیات کے لیے ضروری ہے کہ فاسفین کی زیادہ مقدار کا استعمال کیا جائے جو امیجنگ ایپلی کیشنز میں ہائی بیک گراؤنڈ سگنل کے ساتھ مسائل کا باعث بنتا ہے۔ فلوروسین اور لوسیفین پر مبنی فلوروجینک فاسفین ریجینٹس کی نشوونما کے ذریعے اعلی پس منظر کے مسئلے سے نمٹنے کی کوششیں کی گئی ہیں، لیکن اندرونی حرکیات ایک حد بنی ہوئی ہیں۔ تانبے سے پاک کلک کیمسٹری تانبے سے پاک کلک کیمسٹری ایک بائیو آرتھوگنل رد عمل ہے جسے سب سے پہلے کیرولن برٹوزی نے ایزائڈ الکین ہیوزجن سائکلوڈڈیشن کے ایک فعال قسم کے طور پر تیار کیا تھا، جو کارل بیری شارپلیس اور دیگر کے کام پر مبنی ہے۔ سی یو اے اے سی کے برعکس، سی یو فری کلک کیمسٹری کو سائٹوٹوکسک تانبے کے اتپریرک کو ختم کرکے بائیو آرتھوگنل میں تبدیل کیا گیا ہے، جس سے ردعمل تیزی سے اور زندہ خلیے کے زہریلے پن کے بغیر آگے بڑھ سکتا ہے۔ تانبے کے بجائے، تعامل ایک تناؤ کو فروغ دینے والا الکین ایزائڈ سائکلوڈڈیشن (ایس پی اے اے سی) ہے۔ اسے اسٹاؤڈنگر لائیگیشن کے تیز تر متبادل کے طور پر تیار کیا گیا تھا، جس میں پہلی نسلیں ساٹھ گنا زیادہ تیزی سے رد عمل ظاہر کرتی تھیں۔ رد عمل کی بائیو آرتھوگونالیٹی نے کلچرڈ خلیوں، زندہ زیبرا فش اور چوہوں کے اندر کیو فری کلک رد عمل کو لاگو کرنے کی اجازت دی ہے۔ تانبے کی زہریلایت کلاسیکی تانبے کے اتپریرک ایزائڈ-الکین سائکلوڈڈیشن بائیو کنجگیشن کے لیے ایک انتہائی تیز اور موثر کلک ری ایکشن رہا ہے، لیکن یہ Cu (I) آئنوں کی زہریلییت کی وجہ سے زندہ خلیوں میں استعمال کے لیے موزوں نہیں ہے۔ زہریلا پن تانبے کے اتپریرک کے ذریعہ تشکیل شدہ رد عمل والے آکسیجن پرجاتیوں سے آکسیڈیٹیو نقصان کی وجہ سے ہوتا ہے۔ تانبے کے کمپلیکس بھی سیلولر میٹابولزم میں تبدیلیوں کو جنم دیتے پائے گئے ہیں اور خلیوں کے ذریعے اختیار کیے جاتے ہیں۔ بائیو مالیکیول کے نقصان کو روکنے اور ان وٹرو ایپلی کیشنز میں ہٹانے میں سہولت فراہم کرنے کے لیے لگینڈس کی کچھ ترقی ہوئی ہے۔ تاہم، یہ پایا گیا ہے کہ کمپلیکس کے مختلف لگینڈ ماحول اب بھی میٹابولزم اور اضافے کو متاثر کر سکتے ہیں، جس سے سیلولر فنکشن میں ناپسندیدہ خلل پیدا ہوتا ہے۔ بائیو آرتھوگونالٹی ایزائڈ گروپ خاص طور پر بائیو آرتھوگونل ہے کیونکہ یہ انتہائی چھوٹا ہے (خلیوں کی پارگمیتا کے لیے سازگار ہے اور خلل سے بچتا ہے)، میٹابولک طور پر مستحکم ہے، اور خلیوں میں قدرتی طور پر موجود نہیں ہے اور اس طرح اس کا کوئی مسابقتی حیاتیاتی ضمنی رد عمل نہیں ہوتا ہے۔ اگرچہ ایزائڈز رد عمل کے لیے دستیاب سب سے زیادہ رد عمل والے 1,3-ڈائپول نہیں ہیں، لیکن انہیں ضمنی رد عمل کی نسبتا کمی اور عام مصنوعی حالات میں استحکام کی وجہ سے ترجیح دی جاتی ہے۔ الکین اتنا چھوٹا نہیں ہے، لیکن اس میں اب بھی ان ویو لیبلنگ کے لیے ضروری استحکام اور آرتھوگونالیٹی ہے۔ سائکلوکٹائنز روایتی طور پر لیبلنگ کے مطالعے کے لیے سب سے عام سائکلوالکین ہیں، کیونکہ وہ سب سے چھوٹی مستحکم الکین رنگ ہیں۔ میکانزم رد عمل ایک معیاری 1,3-دو قطبی سائکلوڈڈیشن کے طور پر آگے بڑھتا ہے، جو ایک قسم کی غیر متغیر، مربوط پیری سائیکلک شفٹ ہے۔ 1, 3-ڈائپول کی مبہم نوعیت سے ایزائڈ پر الیکٹروفیلک یا نیوکلیوفیلک مرکز کی شناخت اس طرح ناممکن ہو جانی چاہیے کہ چکور الیکٹران کے بہاؤ کی سمت بے معنی ہو۔ [p] تاہم، حساب سے پتہ چلا ہے کہ نائٹروجن کے درمیان الیکٹران کی تقسیم سب سے اندرونی نائٹروجن ایٹم کو سب سے زیادہ منفی چارج برداشت کرنے کا سبب بنتی ہے۔ ریجیو سلیکٹیویٹی اگرچہ رد عمل ٹرائازولز کا ریجیو آئسومیرک مرکب پیدا کرتا ہے، لیکن رد عمل میں ریجیو سلیکٹیویٹی کی کمی زیادہ تر موجودہ ایپلی کیشنز کے لیے کوئی بڑی تشویش نہیں ہے۔ زیادہ علاقائی مخصوص اور کم بائیو آرتھوگنل ضروریات کو تانبے کے اتپریرک ہیوزجن سائکلوڈڈیشن کے ذریعے بہترین طور پر پورا کیا جاتا ہے، خاص طور پر تناؤ والے سائکلوکٹائن کی ترکیب کی مصنوعی مشکل (ٹرمینل الکین کے اضافے کے مقابلے میں) کو دیکھتے ہوئے۔ سائکلوکٹائنز او سی ٹی کی ترقی پہلا سائکلوکٹائن تھا جو کیو فری کلک کیمسٹری کے لیے تیار کیا گیا تھا۔ اگرچہ لکیری الکین جسمانی درجہ حرارت پر غیر فعال ہوتے ہیں، او سی ٹی حیاتیاتی حالات میں ایزائڈز کے ساتھ آسانی سے رد عمل ظاہر کرنے کے قابل تھا جبکہ کوئی زہریلا نہیں تھا۔ تاہم، یہ پانی میں ناقص طور پر گھلنشیل تھا، اور اسٹاؤڈنگر لائیگیشن کے مقابلے میں حرکیات میں بمشکل بہتری آئی تھی۔ اے ایل او (ایرل لیس آکٹین) پانی کی گھلنشیلتا کو بہتر بنانے کے لیے تیار کیا گیا تھا، لیکن اس میں پھر بھی ناقص حرکیات تھیں۔ مونوفلورینیٹڈ (ایم او ایف او) اور ڈفلورینیٹڈ (ڈی آئی ایف او) سائکلوکٹائنز پروپراگیلک پوزیشن پر الیکٹران کھینچنے والے فلورائن کے متبادلات کے اضافے کے ذریعے شرح کو بڑھانے کے لیے بنائے گئے تھے۔ فلورائن مصنوعی رسائی اور حیاتیاتی جمود کے لحاظ سے ایک اچھا الیکٹران کھینچنے والا گروپ ہے۔ خاص طور پر، یہ الیکٹروفیلک مائیکل قبولیت نہیں بنا سکتا جو حیاتیاتی نیوکلیوفائلز کے ساتھ ضمنی رد عمل ظاہر کر سکتا ہے۔ ڈی آئی بی او (ڈبینزوائیکلوکٹائن) کو دو ایرل رنگوں کے فیوژن کے طور پر تیار کیا گیا تھا، جس کے نتیجے میں بہت زیادہ تناؤ اور مسخ شدہ توانائیوں میں کمی واقع ہوتی ہے۔ یہ تجویز کیا گیا تھا کہ بیریل متبادل رنگ کے تناؤ کو بڑھاتا ہے اور رد عمل کو بہتر بنانے کے لیے الکین کے ساتھ کنجگیشن فراہم کرتا ہے۔ اگرچہ حسابات نے پیش گوئی کی ہے کہ مونو آرل متبادل سٹیرک تصادم (ایزائڈ مالیکیول کے ساتھ) اور تناؤ کے درمیان ایک بہترین توازن فراہم کرے گا، لیکن مونو آرلیٹیڈ مصنوعات کو غیر مستحکم دکھایا گیا ہے۔ بی اے آر اے سی (بیریلازیکلوکٹینون) کے بعد ایک امیڈ بانڈ کا اضافہ ہوتا ہے جو مسخ کے ذریعے شرح میں اضافہ کرنے کے لیے ایس پی 2 جیسے مرکز کا اضافہ کرتا ہے۔ امیڈ گونج اضافی عدم سیچوریشن پیدا کیے بغیر اضافی تناؤ میں حصہ ڈالتی ہے جو غیر مستحکم مالیکیول کا باعث بنتی ہے۔ مزید برآں، سائکلوکٹائن رنگ میں ہیٹروآٹم کا اضافہ مالیکیول کی گھلنشیلتا اور فارماکوکینٹکس دونوں کو بہتر بناتا ہے۔ بی اے آر اے سی میں اس حد تک کافی شرح (اور حساسیت) ہے کہ پس منظر کو کم کرنے کے لیے اضافی تحقیقات کو دھونا غیر ضروری ہے۔ یہ ان حالات میں اسے انتہائی مفید بناتا ہے جہاں دھونا ناممکن ہے جیسا کہ ریئل ٹائم امیجنگ یا جانوروں کی پوری امیجنگ میں ہوتا ہے۔ اگرچہ بی اے آر اے سی انتہائی مفید ہے، لیکن اس کے کم استحکام کے لیے ضروری ہے کہ اسے روشنی اور آکسیجن سے محفوظ رکھتے ہوئے 0 ڈگری سیلسیس پر ذخیرہ کیا جائے۔ ڈی بی اے سی/اے ڈی آئی بی او پیدا کرنے کے لیے بی اے آر اے سی پر مزید ایڈجسٹمنٹ کے تغیرات کیے گئے تاکہ ڈسٹل رنگ کے تناؤ کو شامل کیا جا سکے اور رد عمل کو مزید بڑھانے کے لیے الکین کے ارد گرد سٹیرکس کو کم کیا جا سکے۔ کیٹو-ڈی آئی بی او، جس میں ہائیڈروکسیل گروپ کو کیٹون میں تبدیل کیا گیا ہے، رنگ کی تشکیل میں تبدیلی کی وجہ سے شرح میں تین گنا اضافہ ہوا ہے۔ عدم استحکام کی وجہ سے ڈفلووروبینزوائیکلوکٹائن (ڈی آئی ایف بی او) بنانے کی کوششیں ناکام ہو گئیں۔ ان ویوو ماؤس اسٹڈیز کے ساتھ ڈی آئی ایف او کے مسائل بائیو آرتھوگنل رد عمل پیدا کرنے میں دشواری کی وضاحت کرتے ہیں۔ اگرچہ ڈی آئی ایف او خلیوں کی لیبلنگ میں انتہائی رد عمل کا مظاہرہ کرتا تھا، لیکن سیرم البیومین کے ساتھ پابند ہونے کی وجہ سے اس نے ماؤس کے مطالعے میں ناقص کارکردگی کا مظاہرہ کیا۔ سائکلوکٹائن کی ہائیڈروفوبیسیٹی جھلی اور سیرم پروٹین کے ذریعے سیکویسٹریشن کو فروغ دیتی ہے، جس سے بائیو دستیاب ارتکاز کو کم کیا جاتا ہے۔ اس کے جواب میں، پانی کی گھلنشیلتا، قطعیت، اور فارماکوکینٹکس کو بڑھانے کے لیے ڈی آئی ایم اے سی (ڈائیمیتھوکسیازاسیکلوکٹائن) تیار کیا گیا تھا، حالانکہ ماؤس کے ماڈلز کی بائیو آرتھوگنل لیبلنگ میں کوششیں اب بھی ترقی میں ہیں۔ رد عمل کی کمپیوٹیشنل کوششیں ان سائکلوڈڈیشن رد عمل کی تھرموڈینامکس اور حرکیات کی وضاحت میں اہم رہی ہیں جنہوں نے رد عمل کو بہتر بنانے میں اہم کردار ادا کیا ہے۔ استحکام کی قربانی کے بغیر الکائنز کو چالو کرنے کے دو طریقے ہیں: منتقلی کی حالت کی توانائی کو کم کرنا یا رد عمل کے استحکام کو کم کرنا۔ رد عمل کے استحکام کو کم کرنا: ہوک نے تجویز پیش کی ہے کہ ایزائڈ اور الکین کو منتقلی کی حالت جیومیٹریز میں مسخ کرنے کے لیے درکار توانائی (ایڈ ‡) میں فرق رد عمل کے لیے رکاوٹ کی بلندیوں کو کنٹرول کرتا ہے۔ ایکٹیویشن انرجی (E ‡) غیر مستحکم تحریفوں اور تعاملات کو مستحکم کرنے کا مجموعہ ہے (Ei ‡)۔ سب سے اہم مسخ ایزائڈ فنکشنل گروپ میں ہوتی ہے جس میں الکین مسخ کی کم شراکت ہوتی ہے۔ تاہم، یہ صرف سائکلوکٹائن ہے جسے زیادہ رد عمل کے لیے آسانی سے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ فینائل ایزائڈ اور ایسیٹیلین (16.2 کیلوری/مول) بمقابلہ سائکلوکٹائن (8.0 کیلوری/مول) کے لیے رد عمل کی حساب شدہ رکاوٹوں کے نتیجے میں 106 کی پیش گوئی شدہ شرح میں اضافہ ہوتا ہے۔ سائکلوکٹائن کو کم مسخ شدہ توانائی (1.4 کیلوری/مول بمقابلہ 4.6 کیلوری/مول) کی ضرورت ہوتی ہے جس کے نتیجے میں کم تعامل توانائی کے باوجود کم ایکٹیویشن توانائی ہوتی ہے۔ منتقلی کی حالت کی توانائی کو کم کرنا: ایل یو ایم او توانائی اور ایچ او ایم او-ایل یو ایم او کے فرق کو کم کرکے الیکٹران کے پیچھے ہٹنے والے گروپ جیسے فلورائن میں اضافے کی شرح۔ یہ منتقلی کی حالت میں ایزائڈ سے فلورینیٹڈ سائکلوکٹائن میں زیادہ چارج کی منتقلی کا باعث بنتا ہے، جس سے تعامل توانائی (کم منفی قدر) اور مجموعی طور پر ایکٹیویشن توانائی میں اضافہ ہوتا ہے۔ ایل یو ایم او کا کم ہونا الکین π ڈونر آربیٹلز اور سی ایف σ * قبولیت کاروں کے درمیان ہائپر کنجگیشن کا نتیجہ ہے۔ یہ تعاملات بنیادی طور پر منتقلی کی حالت میں استحکام فراہم کرتے ہیں جس کے نتیجے میں بانڈز کی ڈونر/قبولیت کی صلاحیتوں میں اضافہ ہوتا ہے کیونکہ وہ مسخ ہوتے ہیں۔ این بی او کے حسابات سے پتہ چلتا ہے کہ منتقلی کی حالت کی مسخ تعامل توانائی میں 2.8 کیلوری/مول کا اضافہ کرتی ہے۔ آؤٹ آف پلین π بانڈز کے درمیان ہائپر کنجگیشن زیادہ ہوتا ہے کیونکہ ان پلین π بانڈز ناقص طور پر سیدھے ہوتے ہیں۔ تاہم، ٹرانزیشن اسٹیٹ بینڈنگ ان-پلین π بانڈز کو زیادہ اینٹی پیریپلانر انتظام کرنے کی اجازت دیتا ہے جو تعامل کو آسان بناتا ہے۔ اضافی ہائپر کنججٹیو انٹرایکشن انرجی اسٹیبلائزیشن سی این بانڈ کی تشکیل کی وجہ سے σ * کی الیکٹرانک آبادی میں اضافے کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے۔ σ * CF بانڈز کے ساتھ منفی ہائپر کنجگیشن اس مستحکم تعامل کو بڑھاتا ہے۔ اگرچہ تانبے سے پاک کلک کیمسٹری کی موجودہ امیجنگ ایپلی کیشنز میں ریجیو سلیکٹیویٹی کوئی بڑا مسئلہ نہیں ہے، لیکن یہ ایک ایسا مسئلہ ہے جو مستقبل میں منشیات کے ڈیزائن یا پیپٹیڈومیمیٹکس جیسے شعبوں میں ایپلی کیشنز کو روکتا ہے۔ فی الحال زیادہ تر سائکلو آکٹائنز ریجیو آئسومیرک مرکب بنانے کے لیے رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔ [m] کمپیوٹیشن تجزیہ سے پتہ چلا ہے کہ جب کہ گیس مرحلے کی ریجیو سلیکٹیویٹی کا حساب 1,5 اضافے کے حق میں کیا جاتا ہے، 1,4 اضافے کے ذریعے ایکٹیویشن توانائی میں 2.9 کلو کیلوری/مول تک، حل کی اصلاحات کے نتیجے میں دونوں ریجیو آئسومرز کے لیے یکساں توانائی کی رکاوٹیں پیدا ہوتی ہیں۔ جبکہ ڈی آئی ایف او کے سائکلوڈڈیشن میں 1,4 آئسومر اس کے بڑے ڈائپول مومنٹ کی وجہ سے ناپسندیدہ ہے، سولویشن اسے 1,5 آئسومر سے زیادہ مضبوطی سے مستحکم کرتا ہے، جس سے ریجیوسلیکٹیویٹی ختم ہوتی ہے۔ سمیٹریکل سائکلوکٹائنز جیسے کہ بی سی این (بائیسکل [6.1.0] نونائن) سائکلوڈڈیشن پر ایک واحد ریگیو آئسومر بناتے ہیں اور مستقبل میں اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے کام کر سکتے ہیں۔ تانبے سے پاک کلک کیمسٹری کا سب سے وسیع اطلاق زندہ خلیوں یا جانوروں میں حیاتیاتی امیجنگ میں ہوتا ہے جس میں ایزائڈ ٹیگ شدہ بائیو مالیکیول اور امیجنگ ایجنٹ والے سائکلوکٹائن کا استعمال ہوتا ہے۔ ڈی آئی بی او کے فلوروسینٹ کیٹو اور آکسیم متغیرات فلورو-سوئچ کلک رد عمل میں استعمال ہوتے ہیں جس میں سائکلوکٹائن کی فلوروسینس کو ٹرائزول کے ذریعے بجھا دیا جاتا ہے جو رد عمل میں بنتا ہے۔ دوسری طرف، کومرین سے جڑے ہوئے سائکلوکٹائنز جیسے کہ کومبراک کو اس طرح تیار کیا گیا ہے کہ الکائن فلوروسینس کو دبا دیتا ہے جبکہ ٹرائزول کی تشکیل فلوروسینس کوانٹم کی پیداوار میں دس گنا اضافہ کرتی ہے۔ فوٹو ایکٹیویٹ ایبل سائکلوکٹائنز کا استعمال کرتے ہوئے سبسٹریٹ لیبلنگ کے مقامی اور عارضی کنٹرول کی تحقیقات کی گئی ہیں۔ یہ ارتکاز کے میلان کے نتیجے میں نمونوں کو کم کرنے کے لیے رد عمل سے پہلے الکین کے توازن کی اجازت دیتا ہے۔ نقاب پوش سائکلوکٹائنز اندھیرے میں ایزائڈز کے ساتھ رد عمل ظاہر کرنے سے قاصر ہوتے ہیں لیکن روشنی کے ساتھ تابکاری پر رد عمل والے الکین بن جاتے ہیں۔ پی ای ٹی امیجنگ ایجنٹوں کی ترکیب میں استعمال کے لیے تانبے سے پاک کلک کیمسٹری کی تلاش کی جا رہی ہے جسے اعلی پاکیزگی اور پیداوار کے ساتھ تیزی سے بنایا جانا چاہیے تاکہ مرکبات کے انتظام سے پہلے آئسوٹوپک انحطاط کو کم سے کم کیا جا سکے۔ اعلی شرح کے مستقل اور ایس پی اے اے سی کی بائیو آرتھوگونالیٹی دونوں پی ای ٹی کیمسٹری کے لیے قابل قبول ہیں۔ شاسکی نامی کمپنی کینسر تھیراپیوٹکس پر کلک کیمسٹری کا اطلاق کر رہی ہے اور فیز 2 ٹرائل میں کینسر کے مریضوں میں لیڈ امیدوار کا جائزہ لے رہی ہے۔ دیگر بائیو آرتھوگنل رد عمل نائٹرون ڈائپول سائکلوڈڈیشن کاپر فری کلک کیمسٹری کو نائٹرون کو ایزائڈز کے بجائے 1,3-ڈائپول کے طور پر استعمال کرنے کے لیے ڈھال لیا گیا ہے اور پیپٹائڈز کی ترمیم میں استعمال کیا گیا ہے۔ نائٹرون اور سائکلو آکٹائن کے درمیان یہ سائکلو لوڈشن این-الکیلیٹڈ آئسوکسازولائنز بناتا ہے۔ رد عمل کی شرح کو پانی کے ذریعے بڑھایا جاتا ہے اور یہ نائٹرون کے متبادل کے لحاظ سے 12 سے 32 M−1·s−1 تک کے دوسرے آرڈر کی شرح کے مستقل کے ساتھ انتہائی تیز ہے۔ اگرچہ ردعمل انتہائی تیز ہے، لیکن اسے میٹابولک لیبلنگ کے ذریعے نائٹرون کو حیاتیاتی سالمات میں شامل کرنے میں مسائل کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ لیبلنگ صرف ترجمہ کے بعد پیپٹائڈ ترمیم کے ذریعے حاصل کی گئی ہے۔ نوربورنین سائکلوڈڈیشن 1,3 دو قطبی سائکلوڈڈیشنز کو بائیو آرتھوگنل رد عمل کے طور پر تیار کیا گیا ہے جس میں نائٹریل آکسائڈ کو 1,3-ڈائپول اور نوربورنین کو ڈائپولوفائل کے طور پر استعمال کیا گیا ہے۔ اس کا بنیادی استعمال خودکار اولیگونیوکلیوٹائڈ سنتھسائزرز میں ڈی این اے اور آر این اے کی لیبلنگ، اور زندہ خلیوں کی موجودگی میں پولیمر کراس لنکنگ میں رہا ہے۔ نوربورنین کو تناؤ کو فروغ دینے والی رد عمل اور استحکام کے درمیان توازن کی وجہ سے ڈائپولوفائلز کے طور پر منتخب کیا گیا تھا۔ اس تعامل کی خرابیوں میں مضبوط الیکٹروفیلسیٹی اور سست تعامل حرکیات کی وجہ سے نائٹریل آکسائڈ کی کراس ری ایکٹیویٹی شامل ہے۔ آکسینور بورنیڈین سائکلوڈڈیشن آکسینور بورنیڈین سائکلوڈڈیشن ایک 1,3-دو قطبی سائکلوڈڈیشن ہے جس کے بعد فران مالیکیول کے خاتمے کے ساتھ ٹرائزول سے منسلک کنجوگیٹ پیدا کرنے کے لیے ریٹرو ڈائلز ایلڈر رد عمل ہوتا ہے۔ ابتدائی کام نے پیپٹائڈ لیبلنگ کے تجربات میں اس کی افادیت کو قائم کیا ہے، اور اسے سپیکٹ امیجنگ مرکبات کی نسل میں بھی استعمال کیا گیا ہے۔ حال ہی میں، آکسینور بورنیڈین کے استعمال کو ایک اتپریرک سے پاک کمرے کے درجہ حرارت "آئی کلک" رد عمل میں بیان کیا گیا تھا، جس میں ایک ماڈل امینو ایسڈ دھات کے حصے سے منسلک ہوتا ہے، بائیو آرتھوگنل رد عمل کے لیے ایک نئے نقطہ نظر میں۔ آکسینوربورنڈین میں رنگ اسٹرین اور الیکٹران کی کمی سائکلوڈڈیشن کی شرح کو محدود کرنے والے مرحلے کی طرف رد عمل میں اضافہ کرتی ہے۔ ریٹرو-ڈیلز ایلڈر رد عمل مستحکم 1,2,3 ٹرائزول بنانے کے لیے تیزی سے بعد میں ہوتا ہے۔ مسائل میں متبادلات کے لیے ناقص رواداری شامل ہے جو آکسینور بورنیڈین کے الیکٹرانکس کو تبدیل کر سکتے ہیں اور کم شرحیں (10−4 کی ترتیب پر دوسرے آرڈر کی شرح مستقل)۔ ٹیٹرازین لائیگیشن ٹیٹرازین لائیگیشن ایک ٹرانس سائکلوکٹین اور ایس-ٹیٹرازین کا ایک الٹا مطالبہ ڈائلس ایلڈر رد عمل میں رد عمل ہے جس کے بعد نائٹروجن گیس کو ختم کرنے کے لیے ریٹرو-ڈائلس ایلڈر رد عمل ہوتا ہے۔ 2000 M−1-s−1 (9:1 میتھانول/پانی میں) کے دوسرے درجے کی شرح مستقل کے ساتھ تعامل انتہائی تیز ہے جو انتہائی کم ارتکاز پر حیاتیاتی سالمات میں ترمیم کی اجازت دیتا ہے۔ باخ کے کمپیوٹیشنل کام کی بنیاد پر، دو ٹرانسانولر تعاملات کے نقصان کی وجہ سے سائکلو آکٹین کے لیے 12.4 کیلوری/مول کے مقابلے میں زیڈ-سائکلو آکٹین کے لیے تناؤ کی توانائی 7.0 کیلوری/مول ہے۔ ای-سائکلوکٹین میں انتہائی مڑا ہوا ڈبل بانڈ ہوتا ہے جس کے نتیجے میں 17.9 کیلوری/مول کی تناؤ کی توانائی ہوتی ہے۔ اس طرح، انتہائی دباؤ والے ٹرانس سائیکلوکٹین کو رد عمل والے ڈائنو فائل کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ ڈائین ایک 3,6-ڈائیرل-ایس-ٹیٹرازین ہے جسے پانی کے ساتھ فوری رد عمل کے خلاف مزاحمت کرنے کے لیے تبدیل کیا گیا ہے۔ رد عمل ایک ابتدائی سائکلو لوڈڈیشن کے ذریعے آگے بڑھتا ہے جس کے بعد N2 کو ختم کرنے اور رد عمل کی تبدیلی کو روکنے کے لیے ایک ریورس ڈائلس ایلڈر ہوتا ہے۔ پانی کا رد عمل نہ صرف روادار ہوتا ہے بلکہ یہ بھی پایا گیا ہے کہ آبی ذرائع ابلاغ میں شرح میں اضافہ ہوتا ہے۔ آبی ذرائع ابلاغ میں 1 M−1·s−1 کی ترتیب پر دوسرے درجے کی شرحوں پر ڈائنو فائلز کے طور پر نوربورنین کا استعمال کرتے ہوئے بھی رد عمل کیے گئے ہیں۔ یہ رد عمل زندہ خلیوں کی لیبلنگ اور پولیمر جوڑے میں لاگو کیا گیا ہے۔ [4 + 1] سائکلوڈڈیشن یہ آئسوکینائڈ کلک ری ایکشن ایک [4 + 1] سائکلوڈڈیشن ہے جس کے بعد N2 کا ریٹرو-ڈیلز ایلڈر کا خاتمہ ہوتا ہے۔ رد عمل ابتدائی [4 + 1] سائکلوڈڈیشن کے ساتھ آگے بڑھتا ہے جس کے بعد تھرموڈینامک سنک کو ختم کرنے اور الٹ پلٹ کو روکنے کے لیے الٹ پلٹ ہوتا ہے۔ یہ پروڈکٹ مستحکم ہے اگر ایک ترتیری امین یا آئسوکینوپروپانویٹ استعمال کیا جائے۔ اگر ثانوی یا بنیادی آئسوکینائڈ کا استعمال کیا جاتا ہے، تو پیداوار ایک امائن بنائے گی جو جلدی سے ہائیڈرولائز ہو جاتی ہے۔ اسوسیانیڈ اپنے چھوٹے سائز، استحکام، غیر زہریلا پن، اور ممالیہ نظاموں میں عدم موجودگی کی وجہ سے ایک پسندیدہ کیمیائی رپورٹر ہے۔ تاہم، رد عمل سست ہوتا ہے، جس میں دوسرے درجے کی شرح 10−2 M−1·s−1 کی ترتیب پر مستقل ہوتی ہے۔ ٹیٹرا زول فوٹو کلک کیمسٹری فوٹو کلک کیمسٹری N2 کو جاری کرنے کے لیے فوٹو انڈوسڈ سائکلو ایلیمینیشن کا استعمال کرتی ہے۔ یہ نائٹروجن گیس کے نقصان کے ذریعے ایک قلیل مدتی 1,3 نائٹریل امائن انٹرمیڈیٹ پیدا کرتا ہے، جو پیرازولین سائکلوڈکٹس پیدا کرنے کے لیے ایک الکین کے ساتھ 1,3-دو قطبی سائکلوڈڈیشن سے گزرتا ہے۔ خلیوں میں فوٹوڈیمیج کو کم سے کم کرنے کے لیے روشنی کی مختصر نمائش (طول موج ٹیٹرا زول پر منحصر ہے) کے ساتھ فوٹو ڈکشن ہوتا ہے۔ آبی حالات میں رد عمل میں اضافہ ہوتا ہے اور ایک واحد ریگیو آئسومر پیدا ہوتا ہے۔ عارضی نائٹریل امائن جھکی ہوئی ساخت کی وجہ سے 1,3-دو قطبی سائکلوڈڈیشن کے لیے انتہائی رد عمل ظاہر کرتا ہے جو مسخ شدہ توانائی کو کم کرتا ہے۔ فینائل بجتوں پر الیکٹران عطیہ کرنے والے گروپوں کے ساتھ متبادل HOMO توانائی میں اضافہ کرتا ہے، جب 1,3 نائٹریل امائن پر رکھا جاتا ہے اور رد عمل کی شرح میں اضافہ ہوتا ہے۔ اس نقطہ نظر کے فوائد میں مقامی یا عارضی طور پر رد عمل کو کنٹرول کرنے کی صلاحیت اور جینیاتی انکوڈنگ جیسے سادہ حیاتیاتی طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے حیاتیاتی سالمات میں الکنز اور ٹیٹرا زولز دونوں کو شامل کرنے کی صلاحیت شامل ہے۔ مزید برآں، رد عمل کی پیش رفت کی نگرانی کے لیے ٹیٹرا زول کو فلوروجینک ہونے کے لیے ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ کواڈریسیکلین لائیگیشن کواڈریسیکلین لائیگیشن π سسٹمز کے ساتھ [2 + 2 + 2] سائکلوڈڈیشن سے گزرنے کے لیے ایک انتہائی دباؤ والے کواڈریسیکلین کا استعمال کرتا ہے۔ Quadricyclane ابیوٹک ہے، حیاتیاتی سالمات کے ساتھ غیر فعال (مکمل سنترپتی کی وجہ سے)، نسبتا چھوٹا، اور انتہائی دباؤ (~ 80 کیلوری/مول) ہے۔ تاہم، یہ کمرے کے درجہ حرارت پر اور جسمانی پی ایچ پر آبی حالات میں انتہائی مستحکم ہے۔ یہ منتخب طور پر الیکٹران-غریب π نظاموں کے ساتھ رد عمل ظاہر کرنے کے قابل ہے لیکن سادہ الکنز، الکینز، یا سائکلو آکٹائنز کے ساتھ نہیں۔ بیس (ڈیتھوبینزل) نکل (II) کو رد عمل کی بنیاد پر امیدوار اسکرین سے ایک رد عمل پارٹنر کے طور پر منتخب کیا گیا تھا۔ نوربورنڈین میں روشنی کی وجہ سے ہونے والے تبدیلی کو روکنے کے لیے، مصنوعات میں نکل کو چیلیٹ کرنے کے لیے ڈائیتھلڈیتھوکاربامیٹ شامل کیا جاتا ہے۔ ان تعاملات کو آبی حالات کے ذریعے بڑھایا جاتا ہے جس میں سیکنڈ آرڈر کی شرح مستقل 0.25 M−1·s−1 ہوتی ہے۔ خاص دلچسپی یہ ہے کہ یہ آکسیم کی تشکیل اور تانبے سے پاک کلک کیمسٹری دونوں کے لیے بائیو آرتھوگنل ثابت ہوا ہے۔ استعمال بائیو آرتھوگنل کیمسٹری نیوکلیئر امیجنگ اور ریڈیو تھراپی میں پری ٹارگیٹنگ تجربات کے لیے ایک پرکشش ٹول ہے۔ جدید ٹھوس ٹیومر کے علاج کے لیے ٹیٹرازین-سائکلوکٹین کیمسٹری کلینیکل ٹرائلز ٹیسٹنگ سے گزر رہی ہے۔ حوالہ جات کیمیائی تعاملات