1,3-双極子環化付加

Huisgenは、1,3-双極性ジアゾ化合物と様々な双極性親和性アルケンとの間の一連の環化付加反応を調査した。^{[ 3 ]}以下の観察結果は協奏的ペリ環状機構を支持し、段階的ジラジカル経路または段階的極性経路を否定する。

• 置換基効果：双極子上の異なる置換基はシクロ付加速度に大きな影響を示さないことから、この反応は電荷分離中間体を経由しないことが示唆される。
• 溶媒効果：溶媒の極性は環化付加反応速度にほとんど影響を与えない。これは、反応物から遷移状態への移行において極性が大きく変化しないペリ環状機構と一致する。
• 立体化学：1,3-双極子環化付加反応は、双極子求引剤に関して常に立体特異的であり（すなわち、シス-アルケンはシン-生成物を与える）、2つのシグマ結合が同時に形成される協奏的ペリ環状機構を支持する。
• 熱力学的パラメータ：1,3-双極子環化付加反応は、ディールス・アルダー反応と同様に異常に大きな負の活性化エントロピーを持ち、遷移状態が高度に秩序化されていることを示唆しており、これは協奏的ペリ環状反応の特徴である。

1,3-双極子は、アリル型またはプロパルギル/アレンイル型の双性イオン性八重項/六重項構造として表すことができる有機分子です。どちらのタイプの1,3-双極子も、3つの原子間でπ系に4つの電子を共有します。アリル型は曲がった形状ですが、プロパルギル/アレンイル型は直線形状です。 [ ^{8 ]硫黄}やリンなどの高周期元素を含む1,3-双極子も知られていますが、あまり日常的に使用されていません。

共鳴構造を描くと、負電荷と正電荷の両方が1,3-双極子の任意の末端に非局在化します (下の図を参照)。1,3-双極子上の電子分布をより正確に記述する方法は、双極子モーメント測定 [ 9 ] や計算 [ 10 ] などの実験的または理論的データに基づいて主要な共鳴寄与者を割り当てることです。たとえば、ジアゾメタン^{は末端の窒素原子に}最大の負の性質を持ち、アジ化水素酸は内部の窒素原子に最大の負の性質を持ちます。

したがって、この両義性は、1,3-双極子の両端が求核性および求電子性の両方として同時に扱われることを意味します。各端の求核性と求電子性の程度は、計算によって得られるフロンティア分子軌道を使用して評価できます。一般に、 HOMOで最大の軌道係数を持つ原子が求核剤として働き、LUMOで最大の軌道係数を持つ原子が求電子剤として働きます。最も求核性の高い原子は通常、最も電子豊富な原子ですが、常にそうとは限りません。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} 1,3-双極子環化付加では、双極子-双極子求引剤ペアの同一性によって、1,3-双極子のHOMO特性またはLUMO特性のどちらが支配的になるかが決まります（下記のフロンティア分子軌道に関する議論を参照）。

最も一般的に使用される双極性親和性物質はアルケンとアルキンです。カルボニル化合物やイミンなどのヘテロ原子を含む双極性親和性物質も、1,3-双極子環化付加反応を起こすことができます。双極性親和性物質の他の例としては、プラート反応においてアゾメチンイリドと1,3-双極子環化付加反応を起こすフラーレンやナノチューブが挙げられます。

1,3-双極子環化付加反応では、反応物と遷移状態の両方が一般的に非極性であるため、溶媒の影響はほとんど受けません。例えば、フェニルジアゾメタンとアクリル酸エチルまたはノルボルネンとの反応速度（下図参照）は、溶媒をシクロヘキサンからメタノールに変えてもわずかにしか変化しません。^{[ 14 ]}

1,3-双極子環化付加における溶媒効果の欠如は、エナミンとジメチルジアゾマロネートとの反応で明確に実証されています（下の図を参照）。^{[ 15 ]}極性反応であるN-シクロペンテニルピロリジンのジアゾ化合物への求核付加は、非極性デカリンよりも極性DMSOで1,500倍速く進行します。一方、この反応の類似体であるN-シクロヘキサエニルピロリジンのジメチルジアゾマロネートへの1,3-双極子環化付加は、デカリンと比較してDMSOでわずか41倍しか速くなりません。

双極子は、双極子求引剤のLUMOと重なる高いHOMOを持つ。この種の双極子は、HOMO制御双極子または求核双極子と呼ばれ、アゾメチンイリド、カルボニルイリド、ニトリルイリド、アゾメチンイミン、カルボニルイミン、ジアゾアルカンなどが含まれる。これらの双極子は、求電子性アルケンに容易に付加する。双極子求引剤上の電子吸引基（EWG）はLUMOを下げることで反応を加速し、電子供与基（EDG）はHOMOを上げることで反応を減速する。例えば、一連の双極子求引剤に対するジアゾメタンの反応性スケールを以下の図に示す。ジアゾメタンは、電子不足のアクリル酸エチルと電子豊富なブチルビニルエーテルよりも100万倍以上速く反応する。^{[ 17 ]}

このタイプは、ジエンのHOMOがジエノフィルのLUMOと結合する、通常の電子需要ディールス・アルダー反応に似ている。

双極子の HOMO は双極子求引剤の LUMO と対合することができ、あるいは双極子求引剤の HOMO は双極子の LUMO と対合することができる。この双方向の相互作用は、どちらの方向でもエネルギーギャップが似ているために生じる。この種の双極子は、HOMO-LUMO 制御双極子または両性双極子と呼ばれ、ニトリルイミド、ニトロン、カルボニルオキシド、ニトリルオキシド、アジドなどが含まれる。双極子求引剤上の置換基は、相互作用する 2 つの軌道間のエネルギーギャップを低下させることにより反応を加速する。つまり、電子求引基 (EWG) は LUMO を低下させ、電子供与基 (EDG) は HOMO を上昇させる。例えば、アジドはさまざまな電子豊富および電子不足の双極子求引剤と類似した反応性で反応する (下記の反応性スケールを参照)。^{[ 18 ]}

双極子は、双極子求引物質のHOMOと重なる低いLUMOを持つ（図中の赤い破線で示されている）。この種の双極子は、LUMO制御双極子または求電子双極子と呼ばれ、亜酸化窒素やオゾンが含まれる。双極子求引物質上の電子求引基は反応を遅くし、電子供与基は反応を速くする。例えば、オゾンは電子豊富な2-メチルプロペンと、電子不足のテトラクロロエテンよりも約10万倍速く反応する（下記の反応性スケールを参照）。^{[ 19 ]}

このタイプは、ジエンのLUMOがジエノフィルのHOMOと結合する逆電子需要ディールス・アルダー反応に似ている。

1,3-シクロ付加反応のような協奏的反応は、高度に秩序だった遷移状態（高い負の活性化エントロピー）と、中程度のエンタルピー要件を必要とする。競合反応実験を用いることで、異なるシクロ付加反応の相対的な付加速度から、反応性に関わる要因に関する一般的な知見が得られることが分かっている。

• 共役、特に芳香族基との共役は、遷移状態を安定化させることで反応速度を増加させる。遷移過程において、2つのシグマ結合は異なる速度で形成されるため、遷移状態に部分電荷が生じる可能性がある。この部分電荷は、共役置換基への電荷分布によって安定化される。
• 分極率の高い双極性親和性物質は、拡散した電子雲が電子の流れを開始させるのに適しているため、反応性が高い。
• 角度歪みが大きい双極性親和性物質は、基底状態のエネルギーが増加するため、より反応性が高くなる。
• 反応物が立体障害を受けないことで遷移状態における立体障害が増大すると、反応速度が劇的に低下する。
• ヘテロ双極性親和性物質は、遷移状態におけるパイ結合の損失を相殺するシグマ結合エネルギーの増加が少ないため、C,C-双極性親和性物質と比較して、付加反応がより遅く、あるいは全く起こらない。
• 双極性親和体の異性体は立体障害により反応速度に影響します。トランス異性体は反応性が高く（トランス-スチルベンはシス-スチルベンよりもジフェニル（ニトリルイミド）を27倍速く付加します）、これは反応中に120°の結合角が109°に縮小し、重なり合うシス置換基が互いに近づいて立体障害が増加するためです。

ジポラロフィル性アルケン上のシス置換基はシスになり、トランス置換基は結果として生じる5員環状化合物中でトランスになる（下図参照）。^{[ 20 ]}

一般的に、双極子の立体化学は、立体中心を形成できる双極子が少なく、共鳴構造によって結合回転が可能になり立体化学が乱れるため、大きな問題ではありません。しかし、アゾメチンイリドの研究により、シクロ付加は双極子成分に関しても立体特異的であることが確認されています。ジアステレオピュアなアゾメチンイリドは、アジリジンの電気環状開環によって生成され、結合回転が起こる前に強力な双極子求引剤で迅速に捕捉されます（下の図を参照）。^{[ 21 ] [ 22 ]}弱い双極子求引剤を使用すると、双極子の結合が回転する機会があり、その結果、シクロ付加の立体特異性が損なわれます。

これらの結果はすべて、1,3-双極子環化付加反応が立体特異的であり、1,3-双極子と双極子求引剤の両方が保持されることを裏付けている。

シクロ付加の軌道を制御することで、ジアステレオ選択的な反応を実現できます。例えば、金属は双極性親和性物質と入射双極子にキレート結合し、シクロ付加を一方の面に選択的に誘導することができます。以下の例は、マグネシウムイオンの存在下で、ニトリルオキシドを鏡像異性的に純粋なアリルアルコールに付加する例を示しています。アルケンの最も安定な配座では、ヒドロキシル基がアルケンの平面の上に位置します。マグネシウムは、ヒドロキシル基とニトリルオキシドの酸素原子にキレート結合します。したがって、シクロ付加は上面から選択的に起こります。^{[ 26 ]}

このようなジアステレオ選択性はエポチロンの合成に応用されている。^{[ 27 ]}

支配的な電子的相互作用は、最大の HOMO と最大の LUMO の組み合わせです。したがって、位置選択性は、最大の軌道 HOMO および LUMO 係数を持つ原子によって決定されます。^{[ 29 ] [ 30 ]}

例えば、ジアゾメタンと3つの双極性親和性物質（アクリル酸メチル、スチレン、ケイ皮酸メチル）との環化付加反応を考えてみましょう。ジアゾメタンの炭素は最大のHOMOを持ち、アクリル酸メチルとスチレンの末端オレフィン炭素は最大のLUMOを持ちます。したがって、環化付加反応ではC-3位に位置選択的に置換基が生じます。ケイ皮酸メチルの場合、2つの置換基（PhとCOOMe）がアルケンから電子を引き抜く際に競合します。カルボキシル基の方が電子吸引性が高いため、β位の炭素が最も求電子性になります。したがって、環化付加反応ではC-3位にカルボキシル基、C-4位にフェニル基が位置選択的に生成します。

立体効果は、前述の電子効果と協力することもあれば、競合することもある。時には立体効果が電子的な選択性を完全に上回り、反対の位置異性体のみを生成することもある。^{[ 31 ]}

例えば、ジアゾメタンは一般的にアクリル酸メチルに付加して3-カルボキシルピラゾリンを生成する。しかし、系に立体的な要求を増やすと、異性体である4-カルボキシルピラゾリンが観察されるようになる。これら2つの位置異性体の比率は立体的な要求に依存する。極端な場合、水素からt-ブチルまでサイ​​ズを大きくすると、位置選択性が100% 3-カルボキシル置換から100% 4-カルボキシル置換に変化する。^{[ 32 ] [ 33 ]}

ニトリルオキシドとの1,3-双極子環化付加反応は、広く用いられているマスクドアルドール反応である。ニトリルオキシドとアルケンとの環化付加反応では環状イソオキサゾリンが生成し、アルキンとの反応ではイソオキサゾールが生成する。イソオキサゾリンとイソオキサゾールはいずれも水素化によって開裂し、それぞれアルドール型β-ヒドロキシカルボニル化合物またはクライゼン型β-ジカルボニル化合物となる。

ニトリルオキシド-アルキン環化付加反応に続いて水素化反応を行うことで、ミヤコリドを合成した（下図参照）。^{[ 34 ]}

1,3-双極子環化付加反応は、複雑な環状骨格や医薬品、生物学的、および機構研究用の分子の合成において強力なツールとして登場しました。中でも、カルボニルイリドを含む[3+2]環化付加反応は、酸素を含む5員環状分子を生成するために広く利用されています。^{[ 35 ]}

1,3-双極子環化付加反応のためのカルボニルイリドの調製

イリドは、負に帯電した炭素原子に結合した正に帯電したヘテロ原子とみなされ、スルホニウム、チオカルボニル、オキソニウム、窒素、カルボニルのイリドが含まれます。^{[ 36 ]} [3+2]環化付加反応で酸素を含む5員環構造を生成するために必要な中間体であるカルボニルイリドを生成する方法はいくつか存在します。

光触媒によるジアゾメタン誘導体からのカルボニルイリドの合成

カルボニルイリド合成の初期の例の 1 つは光触媒反応です。^{[ 37 ]}テトラメチル尿素の存在下でジアゾテトラキス(トリフルオロメチル)シクロペンタジエン* (DTTC) を光分解すると、分子間求核攻撃とそれに続くDTTC 部分の芳香族化によりカルボニルイリドが生成されます。 ^{[ 37 ]}これは、芳香族性、電子吸引性のトリフルオロメチル基、および電子供与性のジメチルアミン基によってもたらされる安定性のため、X 線結晶構造解析によって単離および特徴付けられました。安定なカルボニルイリド双極子は、双極性求電子剤との [3+2] 環化付加反応に使用できます。

光触媒によるカルボニルイリド合成の別の初期の例は、Olahらによって報告された。^{[ 38 ]}ジ重水素化ジアゾメタンをホルムアルデヒドの存在下で光分解して、ジ重水素化ホルムアルデヒドカルボニルイリドを生成した。

プロトン移動によるヒドロキシピロンからのカルボニルイリドの合成

カルボニルイリドは、金属触媒を用いずにヒドロキシ-3-ピロンの酸触媒反応によって合成できる。^{[ 39 ]}まず互変異性化が起こり、続いて脱離基が脱離してピロン環が芳香族化され、カルボニルイリドが生成される。最後に双極性親和性物質との環化付加反応によってオキサ環が形成される。この方法は、有用性が限られており、ピロン骨格が必要であるため、あまり広く用いられていない。

5-ヒドロキシ-4-ピロンは、分子内水素移動によってカルボニルイリドを合成するためにも使用できます。^{[ 40 ]}水素移動後、カルボニルイリドは双極性求電子剤と反応して酸素含有環を形成することができます。

ジハロカルベンからのα-ハロカルボニルイリドの合成

ジハロカルベンは、その電子吸引性を利用してカルボニルイリドを生成するためにも用いられてきた。^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}フェニル(トリクロロメチル)水銀とフェニル(トリブロモメチル)水銀は、それぞれジクロロカルベンとジブロモカルベンの供給源である。カルボニルイリドは、ジハロカルベンとケトンまたはアルデヒドとの反応によって生成することができる。しかし、α-ハロカルボニルイリドの合成は、望ましくない一酸化炭素の損失と脱酸素化生成物の生成につながる可能性もある。

金属触媒を用いたジアゾメタン誘導体からのカルボニルイリドの合成

カルボニルイリドを生成するための一般的なアプローチは、α-ジアゾカルボニル化合物の金属触媒反応であり、一般的には二銅または二ロジウム触媒の存在下で行われる。 ^{[ 44 ]}窒素ガスの放出とメタロカルベンへの変換後、カルボニル基との分子間反応によりカルボニルイリドが生成される。続いてアルケンまたはアルキン双極性親和体との環化付加反応により、酸素を含む五員環が得られる。オキササイクルの合成に対して中程度の収率を与える一般的な触媒には、Rh2 ₍ OAc) ₄およびCu(acac) ₂が含まれる。^{[ 45 ] [ 46 ]}

ジアゾカルボニル化合物の金属触媒による1,3-双極子環化付加反応のメカニズム

ジアゾカルボニル分子の金属触媒による1,3-双極子環化付加反応の普遍性と、酸素含有5員環の合成への広範な利用は、そのメカニズムへの大きな関心を掻き立てた。いくつかのグループは、位置選択性および立体選択性に関して合成分子の範囲を拡大するためにメカニズムを調査してきた。しかし、これらの反応のターンオーバー頻度が高いため、中間体とメカニズムは依然として不明である。安定なルテニウムカルベノイド錯体^{[ 47 ]}およびロジウムメタロカルベン^{[ 48 ]}の特性評価によって開発された一般的に受け入れられているメカニズムは、ジアゾ化合物から金属カルベノイド錯体の初期形成を伴う。次に窒素ガスが脱離してメタロカルベンが得られる。カルボニル酸素による分子内求核攻撃により金属触媒が再生され、カルボニルイリドが形成される。カルボニルイリドは、ジメチルアセチレンジカルボキシレート（DMAD）などのアルケンまたはアルキンと反応してオキササイクルを生成することができる。

しかし、メタロカルベン中間体がカルボニルイリドを生成するかどうかは不明である。場合によっては、メタロカルベンは双極性親和体と直接反応することもある。^{[ 49 ]}これらの場合、ジロジウム(II)テトラカルボキシレートカルベンなどのメタロカルベンは、超共役金属エノラート型相互作用によって安定化される。^{[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}その後の1,3-双極子環化付加反応は、一時的な金属錯体カルボニルイリドを介して起こる。したがって、安定なメタロカルベンは、金属配位子の立体化学とサイズに基づいて、1,3-双極子環化付加反応の立体選択性と位置選択性に影響を与える可能性がある。

カルボニルイリド双極子とアルキニルまたはアルケニル双極子求引剤との間の 1,3-双極子環化付加反応のメカニズムは、位置選択性と立体選択性に関して広範囲に研究されてきた。対称双極子求引剤は環化付加に対して 1 つの配向しか持たないため、位置異性体は 1 つしか得られないが、立体異性体は複数得られる可能性がある。^{[ 53 ]}一方、非対称双極子求引剤は、複数の位置異性体と立体異性体を持つことができる。これらの位置異性体と立体異性体は、フロンティア分子軌道 (FMO) 理論、立体相互作用、および立体電子相互作用に基づいて予測できる。^{[ 54 ] [ 55 ]}

ジアゾカルボニル化合物の金属触媒による1,3-双極子環化付加反応の立体選択性

カルボニルイリド双極子とアルキニルまたはアルケニル双極子求引剤との間の 1,3-双極子環化付加反応の領域選択性は、明確な位置化学を持つ分子を生成するために不可欠です。FMO 理論と双極子と双極子求引剤間の HOMO–LUMO エネルギーギャップの分析により、実験結果の領域選択性を合理的に説明し、予測することができます。^{[ 56 ] [ 57 ]} HOMO と LUMO は双極子または双極子求引剤のいずれかに属することができ、HOMO_双極子- LUMO_{双極子求引剤}または HOMO_{双極子求引剤}- LUMO_双極子相互作用が存在する可能性があります。最大の係数を持つ軌道の重なりは、最終的に結果を合理的に説明し、予測することができます。

カルボニルイリド双極子によって媒介される 1,3-双極子環化付加反応の典型的な位置選択性は、Padwa らによって検討されている。^{[ 55 ] [ 58 ]}ベンゼン中でRh ₂ (OAc) _{4触媒を使用すると、ジアゾジオンはプロピオン}酸メチルおよびプロパルギルメチルエーテルとの 1,3-双極子環化付加反応を起こした。プロピオン酸メチルとの反応では 2 つの位置異性体が得られ、主生成物は HOMO_双極子- LUMO_{双極子求引剤}相互作用によって生じる。この相互作用は、カルボニルイリドのカルボニル基に近接する炭素とプロピオン酸メチル末端アルキン炭素上で最大の係数を持つ。メチルプロパルギルエーテルとの反応では、HOMO_{双極子求引剤}-LUMO_双極子相互作用に起因する1つの位置異性体が得られ、この相互作用の係数は、カルボニルイリドのカルボニル基から遠い炭素とメチルプロパルギルエーテルの末端アルキン炭素上で最大となる。

ジアゾカルボニル化合物の金属触媒による 1,3-双極子環化付加反応の領域選択性も、安定なメタロカルベンの形成を通じて金属によって影響を受ける可能性がある。^{[ 49 ] [ 59 ]}金属エノラート型相互作用によるメタロカルベンの安定化は、カルボニルイリドの形成を防ぎ、メタロカルベン双極子とアルキニルまたはアルケニル双極子求引剤との直接反応をもたらす（π _C-Rh →π _C=O超共役によって安定化されたジロジウム(II)テトラカルボキシレートメタロカルベンの画像を参照）。この場合、金属配位子は 1,3-双極子環化付加反応の領域選択性と立体選択性に影響を与える。

ジアゾカルボニル化合物の金属触媒作用による1,3-双極子環化付加反応の立体選択性と不斉誘導

カルボニルイリド双極子とアルケニル双極子求引剤との間の1,3-双極子環化付加反応の立体選択性についても詳細に検討した。アルキニル双極子求引剤の場合、比較的平面的なsp2炭素が形成されるため立体選択性は問題にならないが、位置^選択性については考慮する必要がある（カルボニルイリド双極子とアルケニルまたはアルキニル双極子求引剤との間の1,3-双極子環化付加反応の生成物の画像を参照）。しかし、アルケニル双極子求引剤の場合、生成物中にsp3炭素が生成される^{ため、位置選択性と立体選択性の両方を考慮する必要がある。}

カルボニルイリド双極子とアルケニル双極子求引剤との間の 1,3-双極子環化付加反応により、ジアステレオマー生成物が生成される。^{[ 53 ]}エキソ生成物は、双極子求引剤置換基がオキササイクルのエーテル架橋に対してシス位にあることを特徴とする。エンド生成物は、双極子求引剤置換基がオキササイクルのエーテル架橋に対してトランス位にあることを特徴とする。どちらの生成物も、協奏的同期過程または協奏的非同期過程を含むペリ環状遷移状態を介して生成される可能性がある。

初期の例の 1 つは、金属触媒とルイス酸によるエンドおよびエキソ生成物に関して立体選択性をもたらしました。 ^{[ 60 ]}金属触媒 Rh2(OAc)4 のみを使用した反応_では_エキソ生成物が優先されますが、追加のルイス酸 Yb(OTf) _{3を使用した反応では}エンド生成物が優先されます。ルイス酸シクロ付加反応で観察されるエンド選択性は、Yb(Otf) ₃ (LUMO)によって配位された双極性親和体と双極子 (HOMO) の間のカルボニル π 系の最適化された軌道重なりに起因すると考えられます。多くの研究の後、金属触媒とルイス酸のキラリティを利用する、カルボニル イリド シクロ付加の立体選択性に影響を与える 2 つの主要なアプローチが開発されました。^{[ 53 ]}

最初のアプローチでは、エンドおよびエキソ立体選択性を制御するためにキラル金属触媒を使用します。キラル触媒、特にRh ₂ [( S )-DOSP] ₄およびRh ₂ [( S )-BPTV] _{4は、適度な不斉誘導を誘発することができ、}抗真菌剤であるプソイドラリン酸Aの合成に使用されました。 ^{[ 61 ]}これは、キラル金属触媒がシクロ付加中にカルボニルイリドと結合したままになることで、面選択性が付与されるためです。ただし、正確なメカニズムはまだ完全には解明されていません。

2番目のアプローチでは、キラルなルイス酸触媒を用いて、非キラルな金属触媒でカルボニルイリドを生成した後、面立体選択性を誘導します。^{[ 62 ]}キラルなルイス酸触媒は、双極性求電子剤に配位し、双極性求電子剤のLUMOを低下させると同時に、エナンチオ選択性をもたらすと考えられています。

アゾメチンイリドとアルケンとの1,3-双極子環化付加により、ピロリジンなどのアザ環状構造が得られる。この戦略はスピロトリプロスタチンAの合成に適用されている。^{[ 63 ]}

オゾン分解は非常に重要な有機反応である。アルケンやアルキンはオゾン分解によって開裂され、アルデヒド、ケトン、またはカルボン酸生成物を与える。

ヒュイスゲン反応は一般的に穏やかな条件下では容易に進行しません。メルダルらとシャープレスらは、ヒュイスゲン反応の銅(I)触媒バージョンであるCuAAC（銅触媒アジド-アルキン環化付加反応）を独自に開発しました。これは、生理的条件を含む穏やかな条件（中性pH、室温、水溶液）で非常に容易に進行します。^{[ 64 ] [ 65 ]}この反応は生体直交性も備えています。アジドとアルキンはどちらも一般的に生体システムには存在しないため、これらの官能基は細胞環境でも化学選択的に反応させることができます。また、自然界に存在する他の官能基とは反応しないため、生体システムを乱しません。この反応は非常に汎用性が高いため、「クリック」ケミストリーと呼ばれています。銅(I)は毒性がありますが、細胞毒性を低減し、CuAACの反応速度を向上させるために多くの保護リガンドが開発されており、生体内研究での使用が可能になっています。 ^{[ 66 ]}

例えば、Bertozziらは、アジド官能基化糖類を細胞膜のグリカンに代謝的に組み込み、その後、蛍光色素-アルキン複合体で標識したことを報告した。その結果、細胞膜は 蛍光標識され、蛍光顕微鏡を使用して画像化することができる。^{[ 67 ]}

銅(I)の毒性を避けるため、Bertozziらは有機アジドと歪みのあるシクロオクチンとの間の歪み促進アジド-アルキン環化付加反応(SPAAC)を開発した。シクロオクチンの角度歪みは、活性化歪みを低減し、相互作用を強化することで反応を加速するのに役立ち、触媒を必要とせずに生理的条件下で使用できるようにする。^{[ 68 ]}

例えば、Tingらはリガーゼ酵素を用いて細胞表面の特定のタンパク質にアジド官能基を導入した。アジドタグ付きタンパク質はシクロオクチン蛍光色素複合体で標識され、蛍光標識タンパク質となる。^{[ 69 ]}