סינתזת פאזה מוצקה

סינתזת פאזה מוצקה היא שיטה שבה המוצר מסונתז כשהוא קשור לחומר בלתי מסיס.

סינתזת פאזה מוצקה משמשת לעתים קרובות לייצור אוליגומרים ביולוגיים ופולימרים כגון פפטידים, חומצות גרעין ואוליגוסכרידים. מולקולות אלה מורכבות משרשראות של תת-יחידות מולקולריות קטנות יותר, הנקראות מונומרים. סינתזה של אוליגומר או פולימר דורשת צעדים רבים, מכיוון שיש להוסיף את המונומרים בסדר הנכון.

בעיה עם סינתזות רב-שלביות היא שטיהור ובידוד של התוצרים היציבים של כל שלב, הנקראים תוצרי ביניים, מפחיתים את התשואה הכוללת. בסינתזה של פאזה מוצקה, תוצר הביניים נשאר קשור לתמיכה המוצקה לאורך כל הסינתזה. זה מאפשר לשטוף ריאגנטים, ממיסים ותוצרי לוואי בשלב התמיסה, ומבטל את הצורך לטהר ולבודד כל מוצר ביניים בין השלבים.

סרטון זה ימחיש את ההליך לסינתזה של פפטיד פאזה מוצקה ויציג כמה יישומים של סינתזת פאזה מוצקה בכימיה.

בסינתזה בשלב מוצק, מולקולה מסונתזת על תמיכה מוצקה ברצף של תגובות. לדוגמה, אוליגומר או פולימר יסונתז מונומר אחד בכל פעם כדי ליצור את המוצר הסופי. האוליגומר או הפולימר הגדל נשאר קשור חזק לתמיכה המוצקה עד שהוא מופרד, או נבקע, מהתמיכה עם ריאגנטים.

לכל מונומר חייבים להיות לפחות שני אתרי קשירה כדי להיות חלק משרשרת הפולימר, אך רק אתר קשירה אחד יכול להיות זמין בכל פעם כדי להבטיח שהמונומר נקשר לאטום הנכון. זה מושג באמצעות קבוצות הגנה, שהן קבוצות פונקציונליות שאינן מגיבות במהלך שלב אחד או יותר של הסינתזה. אתר הקישור משוחזר, או מוסר, על ידי טיפול במולקולה עם ריאגנטים ספציפיים כדי להמיר את הקבוצה המגנה לקבוצה פונקציונלית תגובתית.

כדי להתחיל בסינתזה בשלב מוצק, חומר המוצא נקשר לשרף שתוכנן במיוחד או לפולימר בלתי מסיס באתר הכריכה היחיד הזמין שלו. לאחר מכן, חומר המוצא הקשור אינו מוגן כדי לאפשר קשירה של המונומר השני בשרשרת. לאחר מכן, מתווספת תמיסה של המונומר השני בשרשרת, יחד עם חומר צימוד כדי להקל על ההדבקה בין המונומרים.

ברגע שהמונומר השני נקשר לחומר המוצא, תוצר הביניים הדימרי שנוצר אינו מוגן. תהליך זה חוזר על עצמו עד להיווצרות אוליגומר או פולימר המטרה. המוצר נחתך מהתמיכה המוצקה לתמיסה, ממנה ניתן לטהר, לבודד ולנתח אותו.

סינתזת פאזה מוצקה משמשת לעתים קרובות לסינתזה של פפטידים, שהם שרשראות של חומצות אמינו. לחומצות אמינו יש קבוצת אמין, קבוצת קרבוקסיל ותחליף, או 'שרשרת צד'. האמין מוגן בתחילה. לאחר הסרת ההגנה, האמין יוצר קשר פפטידי עם קבוצת הקרבוקסיל של חומצת האמינו הבאה.

כעת, לאחר שהבנתם את העקרונות של סינתזת פאזה מוצקה, בואו נעבור על הליך לסינתזה של פפטיד פאזה מוצקה, בו נדגים את התוספת של שתי חומצות האמינו הראשונות.

כדי להתחיל בהליך, חבר בקבוק קבלה לפסולת לכלי סינתזת פפטידים ידני בנפח 100 מ"ל. לאחר מכן הכניסו 0.360 גרם שרף 2-כלורוטריטיל כלוריד לתוך הכלי. חבר קו גז חנקן לזרוע הצד של הכלי וקו ואקום למתאם הצינור המשונן.

הוסף 20 מ"ל של דימתילפורממיד לשרף ואפשר לחרוזי השרף להתנפח במשך 30 דקות תחת זרימה של גז חנקן. לאחר מכן, יש למרוח ואקום כדי לנקז את הממס.

הוסף לכלי 10 מ"ל של DMF, 1.6 מ"מ של חומצת אמינו מוגנת Fmoc ו-2.5 מ"ל של N,N-diisopropylethylamine. בועה מתחת לגז החנקן, המערבב את התמיסה, למשך 15 דקות כדי להעמיס את חומצת האמינו המוגנת על השרף.

הסר את הממס תחת ואקום ובצע טעינה שנייה. לאחר הסרת הממס, מערבבים את חרוזי השרף הטעונים שלוש פעמים במנות של 10 מ"ל של DMF, ומנקזים כל שטיפה לבקבוק המקבל.

לאחר מכן, הוסף לחרוזים הטעונים 10 מ"ל של תמיסה של 20% של 4-מתילפיפרידין ב-DMF. מבעבעים את התערובת למשך 15 דקות כדי להסיר את קבוצת Fmoc.

מסננים את הממס וחוזרים על הליך ההגנה. שוטפים ומסננים את השרף הטעון שלוש פעמים, כמו קודם. אחסן את החרוזים תחת ממס עד שהם מוכנים לשלב הבא.

כדי לוודא שהתרכובת הטעונה הייתה מוגנת לחלוטין, יש להניח תחילה 1 עד 2 טיפות מכל תמיסת בדיקה של קייזר בשתי מבחנות.

מניחים כמה חרוזים טעונים במבחנה ומחממים את שתי המבחנות ל -110 מעלות באמבט שמן. ההגנה הושלמה אם תערובת השרף הופכת לכחול כהה לסגול, מה שמעיד על נוכחות של קבוצות אמינים בתערובת.

כדי להתחיל בשלב הצימוד, יש לשטוף תחילה את החרוזים עם 10 מ"ל NMP תחת זרימה של גז N2.

לאחר מכן, הוסף 10 מ"ל של NMP, 1.6 מילימול של חומצת האמינו הבאה המוגנת על ידי Fmoc, 1.6 מילימול של חומר הצימוד HBTU ו-2.5 מ"ל של DIPEA לשרף הטעון.

בועות גז N2 דרך תערובת השרף למשך 30 דקות, ולאחר מכן מסננים את הממס. שוטפים ומסננים את החרוזים במנות של 10 מ"ל של DMF שלוש פעמים, כמו קודם.

חזור על מבחן קייזר. הצימוד התרחש בהצלחה אם החרוזים והתמיסה מצהיבים, מה שמעיד על כך שאין קבוצות אמין.

לאחר מכן, חתכו את קבוצת ה-Fmoc החדשה עם 20% 4-methylpiperidine ב-DMF ושטפו את החרוזים במנות של 10 מ"ל של DMF. חזור על הצימוד וביטול ההגנה עבור כל חומצת אמינו שנותרה בפפטיד המטרה.

לאחר הסרת ההגנה של חומצת האמינו האחרונה ושטיפת חרוזי השרף, הוסף 40 מ"ל של תמיסת מחשוף פפטיד כדי להפריד את מוצר הפפטיד מהשרף.

בועות גז חנקן דרך תערובת השרף למשך 3 שעות, ולאחר מכן החלף את הבקבוק המקבל. העבירו את התמיסה מתערובת השרף לבקבוק הקבלה החדש בוואקום.

כדי ליצור את המוצר הסופי, הסר את הממס בעזרת מאייד סיבובי.

סינתזת פאזה מוצקה נמצאת בשימוש נרחב בביולוגיה ובכימיה. בואו נסתכל על כמה דוגמאות.

סינתזת פאזה מוצקה פתחה מסלולים סינתטיים חדשים רבים לאוליגוסכרידים, שהם שרשראות קצרות של מונומרים פשוטים של סוכר עם תפקידים ביולוגיים חשובים, כגון אחסון אנרגיה. בניגוד לקשרים פפטידיים, כל קשר בין סוכרים מכיל סטריאו-סנטר. כדי לסנתז אוליגוסכריד, לא רק שהמונומרים חייבים להיות בסדר הנכון, אלא שהקשרים חייבים להיות גם בעלי הסטריאוכימיה הנכונה. טכניקות סינתזה בשלב מוצק פותחו כדי לחבר כל מונומר בתהליך סטריאו-סלקטיבי ביותר, שכיום מעודן מספיק כדי להיות אוטומטי.

סינתזת פאזה מוצקה היא גישה נפוצה לכימיה קומבינטורית, שהיא הפרקטיקה של סינתזה של גרסאות רבות של תרכובת בתהליך סינתטי יחיד. ניתן לפצל בקלות את השרף הטעון למנות כדי להגיב עם מונומרים או מולקולות שונות. לאחר כל תגובה, המנות נשטפות ומשולבות מחדש. זה חוזר על עצמו עד ליצירת מספר המוצרים הרצוי. טכניקה זו שימושית במיוחד במחקר פרמצבטי, שכן ניתן להשתמש בה כדי ליצור תרכובות חדשות או להעריך את התגובתיות של תרכובת עם מגוון רחב של מולקולות.

זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE לסינתזה של פאזה מוצקה. כעת עליך להבין את העקרונות הבסיסיים של סינתזת פאזה מוצקה, את ההליך לסינתזה של פפטיד פאזה מוצקה, וכמה דוגמאות לאופן השימוש בסינתזת פאזה מוצקה בכימיה אורגנית. תודה שצפית!