Защитные группы для твердофазного синтеза

Легко видеть, что синтез даже простых пептидов — весьма трудоемкий процесс, состоящий из многих стадий. Недавно предложенный Меррифилдом твердофазный метод синтеза пептидов существенно упрощает и сокращает описанную выше процедуру. Этот метод основан на образовании ковалентной связи между карбоксильной группой С-концевой аминокислоты и частицей специальной смолы. Присоединенная аминокислота взаимодействует с активированной аминокислотой. При этом образуется присоединенный к смоле защищенный дипептид, который очищают с помощью обычной фильтрации. Удалением защитной группы и собиранием частиц смолы завершается первый цикл синтеза. После присоединения всех требуемых аминокислот законченный пептид освобождается из комплекса смола — пептид и очищается электрофорезом. Использование этого метода позволило синтезировать нонапептид брадикинин всего за 8 дней [c.52]

Удивительно простая идея этого нового метода синтеза состоит в том, что аминокислота закрепляется через свою карбоксильную группу на нерастворимом легко фильтруемом полимере, и затем пептидная цепь постепенно наращивается с С-конца. Для этой цели К-замещенные аминокислоты вводят в реакцию с реакционноспособными группами полимерной смолы. С аминокислоты, ковалентно соединенной с полимерной частицей, удаляется Ы-защитная группа, и полученный аминоацильный полимер реагирует со следующей Ы-защищенной аминокислотой. Пептидная цепь ступенчато наращивается на полимерной матрице. На последней стадии синтеза Меррифилда расщепляется ковалентная связь между С-концевой аминокислотой построенной полипептидной цепи и якорной группировкой полимерного носителя. Нерастворимый носитель может быть отделен от находящегося в растворе полипептида простым фильтрованием. Решающее преимущество метода Меррифилда состоит в том, что избегают трудоемких и требующих много времени операций по очистке промежуточных продуктов. Ценный продукт реакции все время остается прикрепленным к полимерному носителю, в то время как избытки реагентов и побочные продукты удаляются фильтрованием. Простота эксперимента и возможность автоматизации привели сначала даже к мнению, что благодаря этой новой синтетической концепции будет, наконец, решена проблема химического синтеза ферментов и других белков. Однако после подробного изучения и интенсивной разработки этой новой техники синтеза были выявлены серьезные лимитирующие факторы, которые впоследствии привели к реалистической Оценке этого метода. Конечно, сведение трудных стадий высаживания и очистки при обычных методах в растворе к простому процессу фильтрования в твердофазном синтезе уже означает неоспоримое преимущество. [c.179]

Уже в 1965 г. Шемякин и сотр. [471] предложили применять для пептидного синтеза жидкие полимерные носители, чтобы таким путем преодолеть некоторые недостатки твердофазного метода. В случае применения жидкого полимерного носителя реакция конденсации может проводиться в растворе. Правда, при этом отделение избыточных реагентов после каждой стадии конденсации возможно только с помощью сложной операции высаживания. Введением полиэтиленгликоля (ПЭГ) как С-концевой защитной группы растущей пептидной цепи и применением улбтрафильтрации для отдельных низкомолекулярных реагентов Муттер и сотр. [472] решающим образом улучшили жидкофазный метод. [c.195]

Описанная проблематика защитных групп при твердофазном пептидном синтезе показывает, что различные лимитирующие факторы метода Меррифилда тесно связаны с указанными неразрешенными (или же недостаточно разрешенными) вопросами. Совокупность этих проблем не может здесь подробно обсуждаться, поэтому желающие отсылаются к литературным источникам [391—396, 420]. [c.188]

Весьма перспективным методом синтеза пептидов является твердофазный метод, заключающийся в присоединении карбоксильной группы аминокислоты к нерастворимому полимеру посредством сложноэфирной связи. Затем к первой аминокислоте присоединяют следующую, предварительно отщепив защитную группу В результате образуется дипептид, по-прежнему присоединенный к носителю. Такие циклы можно повторять многократно, получая полипептиды необходимой длины. [c.24]

Основываясь на фотолабильных якорных группировках, Меррифилд разработал так называемую ортогональную концепцию защит для твердофазного пептидного синтеза [420]. С этой целью вводятся защитные группы различных типов, которые могут селективно отщепляться при действии разных реагентов. [c.185]

В настоящее время разработана конструкция автоматической установки для твердофазного синтеза Подробно изучаются различные комбинации защитных групп и методы их удаления а также возможность синтеза длинных аминокислотных последовательностей [c.131]

Защитные группы для твердофазного синтеза [c.40]

Если применять защитную карбобензоксигруппу при твердофазном синтезе пептидов, содержащих аспарагиновую или глутаминовую кислоту, то боковые карбоксильные группы можно защищать метиловыми эфирами. Последние устойчивы к действию бромистого водорода в уксусной кислоте, но расщепляются, если пептид от полимера отделяют методом омыления. [c.43]

Для маскирования е-аминогрупп лизина при твердофазном пептидном синтезе также успешно применяли трифторацетильную защитную группу [93]. Эту группу удаляли из полученного пептида обработкой последнего 1 М раствором пиперидина при 0° в течение 1—2 час однако иногда эта реакция деблокирования может протекать очень медленно. [c.53]

Гистидин. Вполне удовлетворительной защитной группы для имидазольного кольца гистидина в твердофазном синтезе пока еще не найдено. При твердофазных синтезах пептидов, содержащих эту аминокислоту, использовали Ы -бензильную защитную группу, а деблокирование проводили либо каталитическим гидрированием, либо действием натрия в жидком аммиаке. Однако ни один из этих методов нельзя считать вполне удовлетворительным. Каталитическое [c.53]

В 1963 г. Р. Меррифилд [722] разработал важный метод, который с тех пор применяется для синтеза многих пептидов [723]. Этот метод называется твердофазным синтезом, или синтезом на полимерных подложках [724]. Здесь используются те же реакции, что и в обычном синтезе, но один из реагентов закреплен на твердом полимере. Например, если желательно соединить две аминокислоты (получить дипептид), то в качестве полимера может выступать полистирол, содержащий боковые группы H2 I (рис. 10.1, 99). Одну из аминокислот, защищенную трет-бутоксикарбонильной группой (Вое), закрепляют на боковых группах (стадия А). Нет необходимости, чтобы все боковые группы вступили в реакцию достаточно, чтобы это произошло с некоторыми из них. Затем гидролизом в присутствии трифтороуксусной кислоты в дихлорометане снимают защитную группу Вое (стадия Б) и к иммобилизированной аминокислоте присоединяют другую аминокислоту, используя ДЦК или другой агент сочетания (стадия В). После этого удаляют вторую защитную группу Вое (стадия Г), что дает дипептид, все еще закрепленный на полимере. Если этот дипептид и есть желаемый продукт, его можно снять с полимера действием HF (стадия Д). Если необходимо получить пептид с более длинной цепью, прибавляют другие аминокислоты, повторяя стадии В и Г. [c.156]

Хотя производные М -тозилгистид1ша до сих пор применялись главным образом в твердофазном синтезе пептидов, интерес к этой защитной группе растет и при осуществлении синтезов в растворе. Нуклеофильные соединения (1-гидроксибензотриазол, аммиак и др.) способны вызывать от- [c.128]

Селективное отщепление №-замещенной группы (III, рис. 2-12) — следующая ступень синтеза Меррифилда.. Выбор N -аминозащитной группы зависит как от прочности связи между исходной аминокислотой и полимерным носителем, так и от защитных групп на функциях боковых цепей. Требования к защитным группам, применяемым в твердофазном синтезе, особенно велики в отношении селективности отщепления. [c.187]

В последние годы отмечается повыщенный интерес к кислотоустойчивым временным защитным группам, отщепляемым в слабощелочных условиях (разд. 2.2.4.1 и табл. 2-1). Такие группы можно использовать в комбинации с постоянными защитными группами mpem-бутильного типа. Комбинация этих защитных групп была с успехом применена при синтезе пептидов по Меррифилду (разд. 2.2.7). Эта так называемая ортогональная концепция защиты для твердофазного синтеза очень интересна с тактической точки зрения (с. 185). И наконец, следует обратить внимание на уже обсуждавшуюся возможность фотолитического отщепления защитных групп, а также упомянуть защитые группы, которые можно удалить лищь в особых условиях (например, с помощью протеаз). Значение ферментативного деблокирования [476, 552—555] в будущем может возрасти. [c.223]

Успешное введение аминокислотного остатка гистидина в синтетические пептиды по-прежнему представляет собой чрезвычайно сложную проблему. И это связано с крайне неудобными для синтеза химическими свойствами имидазольного цикла. Свободный имидазол — это эффективный катализатор гидролиза сложных эфиров и амидов, а также рацемизации. Сами же гистидиновые производные особенно склонны к рацемизации в процессе пептидного синтеза. Если имидазольный цикл оставить незащищенным, то он может подвергаться ацилированию активированными карбоксильными компонентами, причем получающиеся ацильные производные сами по себе достаточно реакционноспособны и могут затем вызывать перенос ацильной группировки в разных участках молекулы. По этой причине Л т-ацильные производные гистидина часто неудобны в качестве синтетических интермедиатов, если на ряде стадий нужно сохранить находящуюся в боковом радикале защитную группу. Для ступенчатого синтеза можно использовать защищенные уретановые производные, например Ма, Л 1т бис-грег-бут-оксикарбонилпроизводное (63), причем обе защитные группы удаляют непосредственно после введения аминокислотного остатка в пептидную цепь. Так, интермедиат (63) успешно используется в твердофазном синтезе [47]. [c.387]

Пептидный синтез становится трудоемкой и длительной операцией в том случае, когда целевой пептид велик. Образование каждой пептидной связи требует должным образом защищенной аминокислоты, проведения конденсации и снятия защитных групп. Несмотря на то, что больщое число последовательных стадий может быть модифицировано путем изменения общего плана синтеза (см. разд. 23.6.5), общее число дискретных химических операций в синтезе больших пептидных гормонов и небольших белков остается весьма значительным. Пептидный синтез предъявляет также значительные технические требования. Условия реакции требуют тщательного исследования и строгой оптимизации для того, чтобы обеспечить приемлемый выход и избежать побочных реакций. Выделение лабильных и труднодоступных продуктов реакции требует опыта и искусства экспериментатора. По этой причине в целом ряде схем Цредлагаются ускоренные синтетические методики, которые упрощают также многие обычные операции. Среди этих схем широкое распространение нашла методика твердофазного синтеза, разработанная Меррифилдом [106, 107]. [c.405]

При планировании синтеза пептидов значительного размера нужно уделить особое внимание как разработке общего или стратегического плана, так и тактике, с помощью которой этот план может быть эффективно выполнен [110]. Основной стратегический замысел состоит в способе, которым может быть достигнуто построение определенной последовательности остатков аминокислот, т. е. либо ступенчатым способом по одному остатку за одну ступень, начиная с концевой амино- или карбоксигруппы, либо путем объединения нескольких частей с определенной последовательностью (конденсация фрагментов), проводя синтез либо в растворе, либо твердофазным способом и т. д. Тактические соображения включают выбор подходящего сочетания защитных групп для концевых амино- и карбоксильных групп для различных боковых радикалов аминокислот. Некоторые из этих защитных групп постоянны , т. е. сохраняются до конца синтеза, другие — временны , т. е. подлежат отщеплению на промежуточных стадиях синтеза, что дает возможность создания определенного типа пептидной связи или это производится для того, чтобы нужным образом изменить растворимость и т. д. Условия для снятия защитных групп должны быть выбраны с учетом аминокислотного состава пептида. Другую часть тактики составляет выбор методики создат ния пептидной связи, выбор растворителя, особенно в связи с опас ностью рацемизации. [c.408]

Специфической особенностью полипептидного синтеза является огромное число идентичных стадий, которые необходимо проводить на каждом этапе удлинения цепи образование новой пептидной связи, удаление защитной группы для подготовки к следующей стадии элонгации цепи и промежуточные отмывки от избытка реагентов и, побочных продуктов после каждого химического превращения. Метод, предложенный Робертом Меррифилдом, дал возможность автоматизировать этот процесс и снизить механические потери. Согласно этому методу, первый мономер во вновь строящейся цепи синтезируемого полипептида ковалентно связывается с нерастворимым носителем (смолой) и все последующие стадии проводятся с полипептидом, растущим на этой смоле. Этот метод известен как твердофазный синтез полипептидов. К смоле попеременно добавляют очередной синтон и реагент для удаления концевой защитной группы, остаток). Химические стадии перемежаются соответствующими промывками. В течение всего процесса полипептид остается связанным со смолой. Поместив в колонку смолу, с которой связан синтезируемый пОлипептид, можно легко автоматизировать процесс, запрограммировав смену потоков через колонку синтон (мономер) — растворитель — смесь для удаления защиты — растворитель и т.д. Разработаны специальные приборы для автоматизированного полипептидного синтеза. Так, уже упоминавшийся синтез протеазы ВИЧ-1 провели на автоматическом пептидном синтезаторе <АррИе(1 Biosystem> и потребовалось около двух-10- 291 [c.291]

В случае реакции 1 энзим или катализатор ковалентно связан с полимером. Хорошо известно, что ионообменные полимеры с кислотными группами широко используют в качестве гетерогенных катализаторов. В качестве примеров можно привести кислотно-каталитические реакции фенола с ацетоном с образованием 4,4 -ди-гидроксидифенил-2,2 -пропана (бисфенола А) или алкилирование фенола олефинами. В реакциях типа 2 происходит взаимодействие низкомолекулярного соединения с полимером, содержащим функциональные группы, с переходом функциональной группы или электронов (редокс-полимеры). В случае твердофазного синтеза по Мерифилду [5, 6] имеет место ступенчатое образование поли-пептидных последовательностей с помощью реакционноспособных полимерных носителей. В конце реакции основная полимерная цепь разрывается. В случае длинных полипептидных цепей вследствие неколичественного взаимодействия/ возникает разнозвенность, которая приводит к необходимости искать другие пути синтеза с применением защитных групп. Развивается направление, связанное с использованием растворимых носителей [7]. Метод Мерифилда применяют ограниченно. В последние годы, правда, твердофазный синтез снова приобрел значение для получения олигонуклеотидов, так как он включает небольшое число стадий [8]. В качестве полимерных носителей используют наряду с кремниевым гелем полистирол [9—11] и гидрофильные набухающие полимеры [12, 13]. [c.79]

При твердофазном синтезе, как и при синтезе пептидов классическими методами, функциональные группы боковых радикалов трифункциональных аминокислот необходимо защищать во время проведения синтеза. Защитные группы, применяемые с этой целью, должны быть устойчивы ко всем реагентам, используемым для удаления а-аминозащитных групп в процессе синтеза, и должны легко удаляться в конце синтеза реагентами, которые не затрагивали бы пептидных связей и не подвергали бы изменениям аминокислотные остатки. Эти проблемы в твердофазном синтезе иногда усложняются необходимостью использования избытка активированной аминокислоты на каждой стадии конденсации. В настоящее время для всех трифункциональных аминокислот найдены подходящие защитные группы, удовлегворяющие требованиям твердофазного метода. [c.51]

Меррифилд в 1969 г. предложил твердофазный метод синтеза пептидов для синтеза рибонуклеазы А. Процесс начинается с ковалентного присоединения аминокислоты через карбоксильную группу к гранулам полистирольной смолы [3134] концевую аминогруппу и другие реактивные боковые цепи защищают соответствующими химическими группировками. Защитную группу на ЫНг-конце затем удаляют и вводят в систему вторую аминокислоту, при этом ее группы, за исключением карбоксильной, соответствующим образом защищены при добавлении ди-циклогексилкарбодиймида осуществляют присоединение карбоксильной группы к свободной аминогруппе первой аминокислоты. Путем повторения этого цикла при последовательном введении в реакцию разных аминокислот можно построить пептидную цепь с заданной аминокислотной последовательностью. Весь процесс проводят в одном сосуде с пористым стеклянным фильтром на дне, при этом в сос) д можно вносить требующиеся реагенты и удалять отработанные растущая пептидная цепь задерживается вместе с твердыми частицами смолы на фильтре. [c.71]

Хотя в первом твердофазном синтезе пептида, описанном Мэррифилдом, для маскирования а-аминогрупп была использована бензилоксикарбонильная (карбобензокси-) защитная группировка, позднее Мэррифилд установил, что г/ ег-бутилоксикарбонильная защитная группа гораздо лучше удовлетворяет всем требованиям, так что почти во всех последующих твердофазных синтезах пептидов использовалась именно эта группа. [c.40]

Использование защитной карбобензоксигруппы создает дополнительные трудности при синтезе пептидов, содержащих серин или треонин. Если в классическом пептидном синтезе серин и треонин часто можно использовать без защиты боковых гидроксильных групп, то при твердофазном синтезе эти группы обычно приходится маскировать. Если этого не делать, то большой избыток активированной аминокислоты, применяемый для обеспечения полноты присоединения каждого вводимого остатка, может иногда вызвать ацилирование гидроксильных групп указанных аминокислот. Поскольку образовавшаяся подобным путем сложноэфирная связь устойчива в условиях синтеза, то в пептидной цепи могут возникнуть разветвления, которые на последующих стадиях синтеза будут удлиняться. Бензиловые эфиры, обычно используемые для защиты гидроксильных групп серина и треонина, в отличие от грет-бутилоксикарбонильных аминозащитных групп устойчивы по отношению к безводному хлористому водороду, применяемому для удаления грег-бутилоксикарбонильной группы. Если, однако, использовать карбобензоксигруппу, то бромистый водород в уксусной кислоте, применяемый для удаления карбобензоксигруппы, будет также расщеплять и простые бензиловые эфиры, и в итоге образуются Р-ацетильные производные. Если для отщепления пептида от полимера в дальнейшем используют омыление, то ацетильные группы также отщепляются, но их присутствие следует иметь в виду, когда на последующих стадиях желательны другие методы отщепления пептида от полимерного носителя. Ацети-лирования остатков серина и треонина можно также избежать, применяя для удаления карбобензокси-групп на каждой стадии бромистый водород в трифторуксусной кислоте до сих пор подобный метод в твердофазном синтезе еще не использовали. Однако этот метод может оказаться практически нецелесообразным вследствие ограниченной растворимости бромистого водорода в трифторуксусной кислоте, т. е. потребуется пропускать газообразный бромистый водород через суспензию полимера на каждой стадии синтеза, [c.42]

В настоящее время грег-бутилоксикарбонильная группа является стандартной защитной группировкой для а-аминогрупп при твердофазном пептидном синтезе (см. рис. 2). грег-Бутилоксикарбонильную группу можно удалять как безводным хлористым водородом в органическом растворителе, так и безводной трифторуксусной кислотой. Ни один из этих реагентов не расщепляет бензиловые эфиры. Таким образом, здесь имеется необходимое для успеха синтеза различие между устойчивостью связи пептида с полимерным носителем и связи защитной группировки с а-аминогруппой. В качестве носителя можно использовать ненитрованный сополимер стирола с дивинилбензолом, а конечный пептид можно отщеплять от полимера безводным бромистым водородом в трифтор уксусной кислоте или безводным фтористым водородом. Установлено, что оба метода отщепления дают удовлетворительные результаты и позволяют избежать осложнений, присущих отщеплению омылением. Имеются защитные группы, которые обеспечивают маскирование функциональных групп боковых радикалов аминокислот и в то же время совместимы с трет-бу тилоксикарбонильной группой. В настоящее время осуществлен синтез многих пептидов твердофазным методом при использовании этих групп. [c.43]

Одним из последних достижений в области разработки лабильных защитных групп для твердофазного синтеза пептидов явилось введение 2-(п-бифенилил)-2-пропилоксикарбонильной защитной группы [c.47]

Эта защитная группа, в которой п-бифенилильный радикал заместил один из метилов в г/ ет-бутилоксикар-бонильной группе, примерно в 2000 раз чувствительнее последней по отношению к кислотному расщеплению. Зибер и Изелин, предложившие эту группу, использовали ее для защиты а-аминогрупп при твердофазном синтезе тетрапептида, содержащего лизин. Они защищали е-аминогруппу лизина грег-бутилокси-карбонильной группой, оказавшейся устойчивой при 90-минутной обработке 75%-ной трихлоруксусной кислотой, применявшейся для деблокирования а-аминогрупп . [c.47]

При синтезе брадикинина [72] — первого пептида, полученного твердофазным методом с использованием грег-бутилоксикарбониламинокислот, Мэррифилд применял для удаления этих защитных групп 1 М раствор НС1 в безводной уксусной кислоте. Этот реагент впоследствии был использован при синтезе многих пептидов. Однако некоторые синтезы показали, что рост пептидной цепи на полимере прекращался из-за того, что а-аминогруппа блокировалась какой-то стойкой защитной группой [128]. Наиболее логичным объяснением этой нежелательной побочной реакции явилось предположение о том, что часть уксусной кислоты переносилась со стадии деблокирования на стадию конденсации, активировалась карбодиимидом и образовавшееся производное ацетилировало некоторую часть пептидных цепей. Чтобы преодолеть это затруднение, [c.48]

В качестве растворителя для хлористого водорода был предложен диоксан, не содержащий перекисей. Этот реагент исключает ацетилирование и теперь более широко используется при твердофазном синтезе. На некоторых стадиях синтеза гептадекапептида ангио-тензинилбрадикинина защитные группы не удавалось удовлетворительно удалять действием хлористого водорода в уксусной кислоте, в то время как применение хлористого водорода в диоксане позволило успешно провести синтез [75]. При конденсациях с использованием карбодиимида присутствие муравьиной кислоты в диметилформамиде также может быть причиной прекращения роста пептидных цепей поэтому весь диметилформамид, используемый в качестве растворителя для реакций конденсации, необходимо тщательно очищать. [c.49]

В классическом пептидном синтезе для удаления грег-бутилоксикарбонильных групп часто применяют безводную трифторуксусную кислоту, что логично использовать и в твердофазном синтезе. Применение трифторуксусной кислоты для отщепления грег-бутил-оксикарбонильных групп привело недавно к интересному решению проблемы твердофазного синтеза аналогов окситоцина [135]. Глутамин успешно вводился в различные пептиды при твердофазном синтезе, но включение глутамина в пептидил-полимер иногда приводило к прекращению роста пептидных цепей [128, 135] — вероятно, за счет циклизации Н-концевого остатка глутамина в остаток пироглутаминовой кислоты под влиянием безводного хлористого водорода, используемого для удаления гр т-бутилоксикарбо-нильной защитной группы из глутамина. Мэррифилд логично предположил, что трифторуксусная кислота, [c.50]

Недавно установленный факт, что динитрофениль-ные группы можно легко отщеплять от имидазольного кольца гистидина действием тиолов при pH 8 и комнатной температуре [П9] позволяет рассчитывать на получение удобной защитной группы для бокового радикала гистидина при твердофазном синтезе (рис. 12). Предварительно полученные результаты имеют весьма обнадеживающий характер [57] . [c.55]

Метионин. Об использовании метионина в твердофазном синтезе без защиты тиоэфирной группы пока имеется единственное сообщение [74]. Чтобы предотвратить превращение метионина в бензилсульфоние-вое производное при расщеплении, необходимо применять на этой стадии специальное защитное вещество, однако этот подход не всегда приводит к успеху [42]. Восстановление других защитных групп в метионинсодержащих пептидах может оказаться также затруднительным. Так, в метиониллизилбрадикинине удалось восстановить нитроаргинин до аргинина [74], однако в других синтезах это вызвало затруднения [69]. Что же касается обработки натрием в жидком [c.57]

Если при синтезе триптофансодержащих пептидов используют НФС-защитную группу, то для деблокирования нельзя применять хлористый водород. В этом случае рекомендуется следующая методика твердофазного синтеза [45, 60], предусматривающая изменение стадий 1, 2 и 3 программы А стадия 1 — промывка уксусной кислотой (3 раза) стадия 2—суспендирование пептидил-полимера в смеси метанол — уксус- [c.112]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология