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La synthèse en phase solide est une méthode dans laquelle le produit est synthétisé tout en étant lié à un matériau insoluble.
La synthèse en phase solide est souvent utilisée pour produire des oligomères et des polymères biologiques tels que des peptides, des acides nucléiques et des oligosaccharides. Ces molécules sont composées de chaînes de sous-unités moléculaires plus petites, appelées monomères. La synthèse d’un oligomère ou d’un polymère prend de nombreuses étapes, car les monomères doivent être ajoutés dans le bon ordre.
Un problème avec les synthèses en plusieurs étapes est que la purification et l’isolement des produits stables de chaque étape, appelés produits intermédiaires, diminuent le rendement global. Dans la synthèse en phase solide, le produit intermédiaire reste lié au support solide tout au long de la synthèse. Cela permet d’éliminer les réactifs, les solvants et les sous-produits en phase solution, éliminant ainsi le besoin de purifier et d’isoler chaque produit intermédiaire entre les étapes.
Cette vidéo illustrera la procédure de synthèse des peptides en phase solide et présentera quelques applications de la synthèse en phase solide en chimie.
Dans la synthèse en phase solide, une molécule est synthétisée sur un support solide dans une séquence de réactions. Par exemple, un oligomère ou un polymère sera synthétisé un monomère à la fois pour former le produit final. L’oligomère ou le polymère en croissance reste fortement lié au support solide jusqu’à ce qu’il soit séparé, ou clivé, du support avec des réactifs.
Chaque monomère doit avoir au moins deux sites de liaison pour faire partie de la chaîne polymère, mais un seul site de liaison peut être disponible à la fois pour s’assurer que le monomère se lie à l’atome correct. Ceci est réalisé avec des groupes protecteurs, qui sont des groupes fonctionnels qui ne sont pas réactifs pendant une ou plusieurs étapes de la synthèse. Le site de liaison est restauré, ou déprotégé, en traitant la molécule avec des réactifs spécifiques pour convertir le groupe protecteur en un groupe fonctionnel réactif.
Pour commencer la synthèse en phase solide, le matériau de départ est lié à une résine ou à un polymère insoluble spécialement conçu au niveau de son seul site de liaison disponible. Ensuite, le matériau de départ lié est déprotégé pour permettre la liaison du deuxième monomère de la chaîne. Ensuite, une solution du deuxième monomère de la chaîne est ajoutée, ainsi qu’un agent de couplage pour faciliter la liaison entre les monomères.
Une fois que le deuxième monomère se lie au matériau de départ, le produit intermédiaire dimérique résultant est déprotégé. Ce processus est répété jusqu’à ce que l’oligomère ou le polymère cible se soit formé. Le produit est clivé du support solide en solution, à partir de laquelle il peut être purifié, isolé et analysé.
La synthèse en phase solide est souvent utilisée pour la synthèse des peptides, qui sont des chaînes d’acides aminés. Les acides aminés ont un groupe amine, un groupe carboxyle et un substituant, ou « chaîne latérale ». L’amine est initialement protégée. Une fois déprotégée, l’amine forme une liaison peptidique avec le groupe carboxyle de l’acide aminé suivant.
Maintenant que vous comprenez les principes de la synthèse en phase solide, passons en revue une procédure de synthèse peptidique en phase solide, dans laquelle nous démontrerons l’ajout des deux premiers acides aminés.
Pour commencer la procédure, connectez un flacon récepteur de déchets à un récipient manuel de synthèse de peptides de 100 ml. Placez ensuite 0,360 g de résine de chlorure de 2-chlorotrityle dans le récipient. Connectez une conduite d’azote gazeux au bras latéral de la cuve et une conduite de vide à l’adaptateur de tuyau dentelé.
Ajoutez 20 mL de diméthylformamide à la résine et laissez les billes de résine gonfler pendant 30 min sous un flux d’azote gazeux. Ensuite, appliquez le vide pour drainer le solvant.
Ajouter 10 ml de DMF, 1,6 mmol d’un acide aminé protégé par Fmoc et 2,5 ml de N,N-diisopropyléthylamine dans le récipient. Faites bouillir sous l’azote gazeux, qui mélange la solution, pendant 15 min pour charger l’acide aminé protégé sur la résine.
Retirez le solvant sous vide et effectuez un second chargement. Après avoir retiré le solvant, agitez les billes de résine chargées trois fois dans des portions de 10 mL de DMF, en égouttant chaque lavage dans la fiole réceptrice.
Ensuite, ajoutez aux billes chargées 10 mL d’une solution à 20 % de 4-méthylpipéridine dans du DMF. Faites bouillir le mélange pendant 15 min pour retirer le groupe Fmoc.
Vidangez le solvant et répétez la procédure de déprotection. Lavez et égouttez la résine chargée trois fois, comme précédemment. Stockez les billes sous solvant jusqu’à ce qu’elles soient prêtes pour l’étape suivante.
Pour vérifier que le composé chargé a été complètement déprotégé, placez d’abord 1 à 2 gouttes de chaque solution d’essai Kaiser dans deux tubes à essai.
Placez quelques billes chargées dans un tube à essai et chauffez les deux tubes à 110 degrés dans un bain d’huile. La déprotection est complète si le mélange de résine devient bleu foncé à violet, indiquant la présence de groupes amines dans le mélange.
Pour commencer l’étape de couplage, lavez d’abord les billes avec 10 mL de NMP sous un flux de gaz N2.
Ensuite, ajoutez 10 ml de NMP, 1,6 mmol de l’acide aminé protégé par Fmoc suivant, 1,6 mmol de l’agent de couplage HBTU et 2,5 mL de DIPEA à la résine chargée.
Faites buller le gaz N2 à travers le mélange de résine pendant 30 minutes, puis vidangez le solvant. Lavez et égouttez les billes avec des portions de 10 ml de DMF trois fois, comme précédemment.
Répétez le test Kaiser. Le couplage s’est produit avec succès si les billes et la solution jaunissent, indiquant qu’aucun groupe amine n’est présent.
Ensuite, couvrez le nouveau groupe Fmoc avec 20 % de 4-méthylpipéridine dans du DMF et lavez les billes avec des portions de 10 ml de DMF. Répétez le couplage et la déprotection pour chaque acide aminé restant dans le peptide cible.
Une fois que le dernier acide aminé a été déprotégé et que les billes de résine ont été lavées, ajoutez 40 ml de solution de clivage peptidique pour séparer le produit peptidique de la résine.
Faites buller l’azote gazeux à travers le mélange de résine pendant 3 h, puis replacez la fiole réceptrice. Transférez la solution du mélange de résine dans le nouveau ballon récepteur sous vide.
Pour générer le produit final, retirez le solvant à l’aide d’un évaporateur rotatif.
La synthèse en phase solide est largement utilisée en biologie et en chimie. Regardons quelques exemples.
La synthèse en phase solide a ouvert de nombreuses nouvelles voies de synthèse aux oligosaccharides, qui sont de courtes chaînes de monomères de sucre simples ayant des rôles biologiques importants, tels que le stockage de l’énergie. Contrairement aux liaisons peptidiques, chaque liaison entre les sucres contient un stéréocentre. Pour synthétiser un oligosaccharide, non seulement les monomères doivent être dans le bon ordre, mais les liaisons doivent également avoir la bonne stéréochimie. Des techniques de synthèse en phase solide ont été développées pour coupler chaque monomère par un processus hautement stéréosélectif, qui est aujourd’hui suffisamment perfectionné pour être automatisé.
La synthèse en phase solide est une approche courante de la chimie combinatoire, qui consiste à synthétiser de nombreuses variantes d’un composé en un seul processus de synthèse. La résine chargée peut facilement être divisée en portions pour réagir avec différents monomères ou molécules. Après chaque réaction, les portions sont lavées et recombinées. Cette opération est répétée jusqu’à ce que le nombre souhaité de produits ait été généré. Cette technique est particulièrement utile dans la recherche pharmaceutique, car elle peut être utilisée pour générer de nouveaux composés ou pour évaluer la réactivité d’un composé avec un large éventail de molécules.
Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à la synthèse en phase solide. Vous devriez maintenant comprendre les principes sous-jacents de la synthèse en phase solide, la procédure de synthèse des peptides en phase solide et quelques exemples de la façon dont la synthèse en phase solide est utilisée en chimie organique. Merci d’avoir regardé !