分享一篇发表在JACS上的文章Ultra-rapid Electrophilic Cysteine Arylation，通讯作者是来自罗德岛大学的Fang Wang和科尔盖特大学的Jacob M. Goldberg，他们的研究方向都包括使用合成化学探索生物体系。

快速的化学选择性反应对生物偶联至关重要。在蛋白和肽的背景下，绝大多数反应针对半胱氨酸，因其具有较高的亲核性。在过去的几十年中，已经发现了许多类型的亲电试剂用于蛋白质和肽的功能化。但为了在一小时内实现97%的转化率，100uM下的反应需要最小二阶速率常数k2=100M-1·s-1，而1uM下的反应则需要10000M-1·s-1及以上的速率常数，目前2-氯-7-硝基苯并呋喃、杂芳砜、钯芳基配合物、2-甲酰基苯硼酸衍生物等亲电试剂表现出接近这种速率常数的半胱氨酸反应性。在本文中，作者开发了一种环境温度下、pH7.0水性缓冲液中具有约100000M-1·s-1的超快速、高选择性半胱氨酸芳基化的简单方法。

作者推测反应性不足和水溶性差两个因素限制了常规有机亲电试剂在生物偶联中的应用。因此，作者此前开发了一种基于吡啶盐(CAP)进行半胱氨酸芳基化的方法，包括N-甲基-氟吡啶盐(CAP1)及其衍生物，高度极化的C-F键赋予CAP1较快的半胱氨酸反应性。本文中，作者推测更缺电子的吡啶盐将在温和条件下实现更快的半胱氨酸芳基化，因此作者使用强吸电子的甲基砜对吡啶环进行官能化，得到对位取代和邻位取代的CAP3/CAP4，其与GSH反应的速率常数高达9800和120000M-1·s-1，且显示出水溶液中较长的半衰期。此外，作者还在CAP4的基础上额外引入一个氯原子，得到的CAP5能在非常温和的反应条件下达到320000M-1·s-1的速率常数。

随后，作者在几个案例下研究了CAP系列芳基化试剂的应用。首先，作者使用CAP3和CAP4对若干含半胱氨酸的多肽进行了标记测试，发现CAP3和CAP4能对结构不同的底物表现出近乎定量的转化，且对半胱氨酸残基具有极好的选择性。接下来，作者使用具有两个离去基团的CAP5通过双半胱氨酸装订反应构建大环订书肽，由于甲基砜和氯原子对芳环上碳原子亲电性的影响不同，导致两步芳香亲核取代反应性相差几个数量级，这使得CAP5特别适合装订化学，从而能在较低浓度下通过两步反应完成肽链内而不是链间的交联。作者还在蛋白层面探索了生物偶联的可行性，发现CAP3和CAP4能够有效标记BSA、KRAS等蛋白体系，且可通过偶联TAMRA等荧光基团对GFP、BSA进行荧光标记。

总之，本文提出的甲基砜取代阳离子吡啶盐合成策略为生物相容条件下超快速半胱氨酸功能化提供了一种简单的解决方案，在生物大分子修饰上具有应用潜力。