固相合成

固相合成是一种在与不溶性材料结合时合成产物的方法。

固相合成常用于生产生物低聚物和聚合物，如肽、核酸和低聚糖。这些分子由较小的分子亚基链组成，称为单体。合成低聚物或聚合物需要许多步骤，因为必须按正确的顺序添加单体。

多步合成的一个问题是，纯化和分离每个步骤的稳定产物（称为中间产物）会降低总产量。在固相合成中，中间产物在整个合成过程中保持与固体载体的结合。这样可以洗去液相试剂、溶剂和副产物，无需在步骤之间纯化和分离每个中间产物。

本视频将说明固相肽合成的程序，并介绍固相合成在化学中的一些应用。

在固相合成中，分子是在一系列反应中在固体载体上合成的。例如，低聚物或聚合物将一次合成一个单体以形成最终产品。生长的低聚物或聚合物与固体载体保持紧密结合，直到用试剂将其与载体分离或裂解。

每个单体必须至少有两个结合位点才能成为聚合物链的一部分，但一次只能有一个结合位点可用，以确保单体与正确的原子结合。这是通过保护基团实现的，保护基团是在合成的一个或多个步骤中不反应的官能团。通过使用特异性试剂处理分子以将保护基团转化为反应性官能团，可以恢复或解除结合位点。

为了开始固相合成，起始材料在其唯一可用的结合位点与专门设计的树脂或不溶性聚合物结合。然后，解除对结合的起始材料的保护，以允许与链中的第二个单体结合。接下来，添加链中第二种单体的溶液以及偶联剂，以促进单体之间的键合。

一旦第二体与起始材料结合，所得的二聚体中间产物就会被解保护。重复此过程，直到形成目标低聚物或聚合物。产物从固体载体裂解成溶液，从中可以进行纯化、分离和分析。

固相合成通常用于合成肽，肽是氨基酸链。氨基酸具有胺基、羧基和取代基或"侧链"。胺最初受到保护。一旦脱保护，胺与下一个氨基酸的羧基形成肽键。

现在您已经了解了固相合成的原理，让我们完成固相肽合成的程序，其中我们将演示前两个氨基酸的添加。

要开始该程序，请将用于废液的接收瓶连接到 100 mL 手动肽合成容器。然后将 0.360 g 2-氯三苯基树脂放入容器中。将氮气管线连接到容器侧臂，将真空管线连接到锯齿状软管适配器。

向树脂中加入 20 mL 二甲基甲酰胺，让树脂珠在氮气流中膨胀 30 分钟。然后，应用真空以排出溶剂。

向容器中加入 10 mL DMF、1.6 mmol 的 Fmoc 保护氨基酸和 2.5 mL N，N-二异丙基乙胺。在混合溶液的氮气下鼓泡 15 分钟，以将受保护的氨基酸加载到树脂上。

在真空下去除溶剂并进行第二次加载。去除溶剂后，在 10 mL 的 DMF 中搅拌加载的树脂珠 3 次，将每次洗涤液排入接收瓶中。

接下来，向加载的磁珠中加入 10 mL 的 20% 4-甲基哌啶 DMF 溶液。将混合物鼓泡 15 分钟以去除 Fmoc 基团。

排空溶剂并重复脱保护程序。像以前一样，清洗并沥干加载的树脂 3 次。将微珠储存在溶剂下，直到它们准备好进行下一步。

为了验证加载的化合物是否已完全脱保护，首先将每种 Kaiser 测试溶液 1 至 2 滴放入两个试管中。

将一些加载的珠子放入试管中，并在油浴中将两根试管加热至 110 度。如果树脂混合物变为深蓝色变为紫色，则脱保护完全，表明混合物中存在胺基。

要开始偶联步骤，首先在 N2 气流中用 10 mL NMP 洗涤磁珠。

然后，向负载树脂中加入 10 mL NMP、1.6 mmol 下一个 Fmoc 保护氨基酸、1.6 mmol 偶联剂 HBTU 和 2.5 mL DIPEA。

将 N2 气体通过树脂混合物鼓泡 30 分钟，然后排空溶剂。像以前一样，用 10 mL 的 DMF 洗涤并沥干珠子 3 次。

重复 Kaiser 测试。如果微珠和溶液变为黄色，则表示不存在胺基，则偶联成功。

接下来，用 20% 4-甲基哌啶的 DMF 溶液裂解新的 Fmoc 基团，并用 10 mL 的 DMF 洗涤珠子。对目标肽段中每个剩余的氨基酸重复偶联和脱保护。

在最后一个氨基酸脱保护并洗涤树脂珠后，加入 40 mL 肽切割溶液以将肽产物与树脂分离。

通过树脂混合物中用氮气鼓泡 3 小时，然后更换接收瓶。在真空下将溶液从树脂混合物转移到新的接收瓶中。

要生成最终产品，请使用旋转蒸发器去除溶剂。

固相合成广泛用于生物学和化学。让我们看几个例子。

固相合成为低聚糖开辟了许多新的合成途径，低聚糖是单糖单体的短链，具有重要的生物学作用，例如能量储存。与肽键不同，糖之间的每个键都包含一个立体中心。要合成低聚糖，不仅单体必须按正确的顺序排列，而且键也必须具有正确的立体化学反应。固相合成技术被开发出来，通过高度立体选择性的工艺偶联每个单体，如今该工艺已经足够完善，可以实现自动化。

固相合成是组合化学的一种常用方法，组合化学是指在单个合成过程中合成化合物的多种变体的做法。加载的填料可以很容易地分成几部分，以便与不同的单体或分子反应。每次反应后，将各部分洗涤并重新混合。重复此作，直到生成所需数量的产品。该技术在药物研究中特别有用，因为它可用于生成新化合物或评估化合物与多种分子的反应性。

您刚刚观看了 JoVE 的固相合成简介。现在，您应该了解固相合成的基本原理、固相肽合成的程序，以及如何在有机化学中使用固相合成的几个示例。感谢观看！