方法論記事

水溶性有機金属錯体アレイの合成

DOI：

10.3791/54513

⸱

2016年10月8日

 ,  ,  , 
1International Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science, 2Department of Chemistry, University of California–Berkeley, 3Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 4Kavli Energy NanoSciences Institute at Berkeley, University of California–Berkeley

この記事について

サマリー

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

所定の金属中心配列を含む水溶性多金属ペプチド配列の合成のための潜在的な一般的な方法が提示されます。

要約

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Ru(II)、Pt(II)、Rh(III)などの金属中心の所定の配列を含む水溶性多金属ペプチド配列の合成方法を示します。 水溶性有機金属有機錯体アレイ(WSMOCA)と名付けられたこの化合物は、1)9-フルオレニルメチルオキシカルボニル(Fmoc)で保護されたアミノ酸部分を有する対応する金属錯体モノマーの従来の溶液化学ベースの調製と、2)表面官能化高分子樹脂上で他の水溶性有機ビルディングユニットと逐次結合することにより、もともと固相合成のために開発された手順に従って得られます。ポリペプチド、適切な修飾。 ステージ2の代表的なカップリングステップでの質量分析によって決定された反応の痕跡は、ペプチド骨格とともに金属中心の所定の配列の選択的な構築を確認します。 ステージ2の終わりに樹脂から切断されたWSMOCAは、pH値や塩含有量に応じて水性媒体に一定レベルの溶解性を持ち、化合物の精製に役立ちます。

概要

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複雑な分子構造の制御された合成は、常に合成化学における大きな課題となっています。この観点から、設計可能な様式で多核異種複合体を合成するためにはまだため、一般的に使用されるリガンド - 金属化ベースのアプローチからの可能な構造の結果の数の無機化学の分野で挑戦に値する対象であります単量体の金属錯体の調製。多核異種複合体のいくつかの例は、これまで1,2,3報告されているが、それらの合成の試行錯誤又は困難な性質は、構造体の広い範囲に適用可能であり、簡単な方法の開発が必要です。

この問題に対処するための新たなアプローチとして、2011年に我々は、Fmoc保護アミノ酸部分を有する種々の単核金属錯体を順次マルチ与えるように結合されている合成方法の4,5を報告固相ポリペプチド合成6のプロトコルを使用して、ペプチド配列をメタリックポリペプチド合成の連続的な性質のために、複数の金属中心の特定の配列は、それらの金属錯体の単量体のカップリング反応の回数および順序を制御することにより、合理的に設計可能です。後で、このアプローチは、二つの短いアレイ7との間の共有結合で結合することによって、より大きな、様々な及び/又は分枝状のアレイ構造を作ることがさらにモジュール化しました。

代表的な例として、ここでは、そのようなmultimetallicペプチド配列の合成は、通常、最近報告WSMOCA（ 図1 1 8 CAS RN 1827663-18-2）を選択することによって操作された方法を紹介します。一つの特定の配列の合成は、このプロトコルに記載されているが、同じ手順は、異性体9を含む異なる配列の広範囲の合成に適用可能です。我々は、このプロトを期待しますcolが分子がこれまで一般的になっている生体高分子を調べまれ金属錯体系の種の例が含まれていないシーケンス制御化合物の科学、に参加するより多くの研究者を鼓舞します。

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プロトコル

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金属錯体モノマーの調製（2 CAS RN 1381776-70-0、3 CAS RN 1261168-42-6、4 CAS RN 1261168-43-7;図1）

  1. Ruの単量体2の調製
    1. 有機前駆体を結合（5 9 CAS RN 1381776-63-1; 図1）（380ミリグラム、0.48ミリモル）および[Ruの（Pシメン）のCl 2]二量体（224ミリグラム、0.37ミリモル）で攪拌棒を備えました100ミリリットルの一口丸底フラスコ。
    2. 混合物にメタノール（MeOH中）（25ml）に追加フラスコの関節にコンデンサを接続し、温度制御した油浴中で3時間、65℃で懸濁液を撹拌します。
    3. 反応混合物を室温に冷却し、吸引濾紙を通して懸濁液を濾過します。
    4. ろ液は、視覚的に無色になるまで徹底的にMeOHでフィルター上の残渣を洗浄し、減圧下で残留物を乾燥させます。
    5. 残渣4を組み合わせる ' - （4-メチルフェニル）-2,2'：6＆＃39;、単口丸底フラスコ100ml中に攪拌棒を備えた2 " - ターピリジン（216ミリグラム、0.68ミリモル）。
    6. 混合物をMeOH（22.5 mL）および水（2.5 ml）を追加し、フラスコの接合部にコンデンサを接続し、16時間70℃で懸濁液を撹拌します。
    7. 反応混合物を室温に冷却し、懸濁液を濾過します。
    8. 減圧下、フィルター上の残渣を乾燥し、ジメチルスルホキシド（DMSO）（3mL）中に溶解します。
    9. 酢酸エチル（EtOAc）での過剰にゆっくりDMSO溶液を加えます。
    10. 、得られた懸濁液をフィルターをEtOAcでフィルター上の残留物を洗い、減圧下でそれを乾燥させます。
  2. Ptのモノマー3の調製
    1. で撹拌棒で（360ミリグラム、0.50ミリモル）およびPt（シクロオクタ-1,5-ジエン）のCl 2（195ミリグラム、0.52ミリモル）;有機前駆体を結合した （ 図1 6 4 CAS RN 1261168-39-1） 100ミリリットルの一口丸底フラスコ。
    2. 混合物をMeOH（15ml）に追加フラスコの関節にコンデンサを接続し、12時間65℃で懸濁液を撹拌します。
    3. 反応混合物を室温に冷却し、懸濁液を濾過します。
    4. MeOHで徹底的にフィルター上の残渣を洗浄し、減圧下でそれを乾燥させます。
  3. Rhのモノマー4の調製
    1. 単口丸底フラスコ100mlに攪拌棒を（360ミリグラム、0.50ミリモル）とのRhCl 3・3H 2 O（137ミリグラム、0.52ミリモル）;有機前駆体（ 図1〜6） を組み合わせます。
    2. 混合物をMeOH（50ml）に追加フラスコの関節にコンデンサを接続し、N 2雰囲気下で12時間65℃で懸濁液を撹拌します。
    3. 反応混合物を室温に冷却し、懸濁液を濾過します。
    4. MeOHで徹底的にフィルター上の残渣を洗浄し、減圧下でそれを乾燥させます。

水溶性有機金属錯体アレイ1の調製

  1. TGシーバー樹脂からのFmoc脱保護
    1. ガラスフィルターを備えた底部にドレインおよび双方向ストップコック（ 図2a）を有する10 2mlの口フラスコに攪拌棒と同様に、購入TGシーバー樹脂（135 mg）を組み合わせます。 3ウェイストップコックおよびガラス栓をフラスコの接合部に接続します。
    2. 真空ラインを用いてN 2との内部雰囲気を交換した後、無水グレードのジクロロメタン（CH 2 Cl 2）（1ml）中（ 図2b）で樹脂を膨潤。
    3. このために、無水グレードのジメチルホルムアミド（DMF）（3ml）およびピペリジン（1 ml）を加え、室温で2.5時間混合物を撹拌します。
    4. ドレインを通して濾過することによって溶液を除去。無水グレードをMeOH（3ミリリットル、3分間の撹拌）および無水グレードを CH 2 Cl 2（3ミリリットル、3で樹脂を洗浄分間の撹拌）を交互に3回後、無水グレードCH 2 Cl 2で（3ミリリットル、3分間の撹拌）の4倍（ 図2c）。
    5. 2.1.4で得られたすべてのソリューションを組み合わせて、50ミリリットルの体積にアセトニトリル（CH 3 CN）でそれらを希釈します。 1センチ光路長石英キュベット中に得られた溶液のアリコート（1ml）に移し、CH 3 CN（2ml）でそれを希釈します。
    6. ピペリジンジベンゾフルベン付加物（299 nmで6234）10、以下に従ってプロトコル2.1.5を介して調製された溶液の分光学的に得られた吸光度（A）の吸光係数に基づいて、（マイクロモルf）の脱保護のFmoc部分のモル数を決定します式：
      F = 0.05×10 6×3×A / 6234
  2. Ruのモノマー2の読み込み中
    1. 無水グレードのCH 2 Cl 2（2.5 ml）を、ルテニウムモノマー2を追加（64.9ミリグラム、53.2モル）、2-（1H-ベンゾトリアゾール-1-イル）-1,1,3,3-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート（HBTU）（30.3ミリグラム、79.8モル）、無水グレードのDMSO（2.5 mlの）、の順にN、N-ジイソプロピルエチルアミン（iは 2ネットPR）（20μl）を、N 2雰囲気下で洗浄した樹脂に、室温（ 図2d）で12時間、混合物をかき混ぜます。
    2. ドレインを通して濾過することによって溶液を除去。無水グレードDMSO（3ミリリットル、5分間の撹拌）3回、無水グレードをMeOH（3ミリリットル、3分間の撹拌）および無水グレードを CH 2 Cl 2（3ミリリットル、3分間の撹拌）を交互に3回樹脂を洗浄、無水グレードを CH 2 Cl 2（3 mlで3分間攪拌）で3回。
    3. 洗浄した樹脂と撹拌し、N 2雰囲気下でこの順に（0.10 mlであり、1.5ミリモル）の無水グレードのCH 2 Cl 2（5mL）に、無水安息香酸（0.28 gであり、1.5ミリモル）、及びN -methylimidazoleを追加室温で2時間混合物。
    4. ドレインを通して濾過することによって溶液を除去。無水グレードのCHと、次に（3ミリリットル、3分間の撹拌）を交互に3回とし、無水グレードのCH 2 Cl 2で樹脂（3ミリリットル、3分間の撹拌）および無水グレードのメタノールを洗う2 Cl 2の（3ミリリットル、3分攪拌）3回。
    5. ロードされたRuモノマー2のモル数を定量化するために2.1.3-2.1.6で説明したようにプロトコルを繰り返します。
  3. Fmocとサイド残留物tert-ブチル（Buはt）の読み込み中は、（L） -グルタミン酸（Gluの）（;図1 7 CAS RN 71989-18-9）で保護しました
    1. （無水グレードの CH 2 Cl 2（4.5ミリリットル）、Gluの・H 2 O（39.4ミリグラム、88.8μmol）を、HBTU（50.5 mgを、133.2マイクロモル）、無水グレードDMSO（0.5ミリリットル）を追加し、 私は 2ネットをPrは洗浄した樹脂に、N 2雰囲気下で、この順に50μl）を、部屋TEで12時間混合物を攪拌mperature（ 図2E）。
      注：Gluの量・H 2 OおよびHBTUは徐々に樹脂定数上の反応性-NH 2の機能への化学量論を維持するために2.7にステップ2.3から減少しています。
    2. 2.2.2-2.2.4に記載されているようにプロトコルを繰り返します。
    3. （フラスコから樹脂の小さな部分を取り、トリフルオロ酢酸（CF 3 CO 2 H）（2.5マイクロリットル）の混合物に入れ、トリエチルシラン（ET 3のSiH）（0.5μl）を、1,2-ジクロロエタン47μl）を。 0.5時間混合物を超音波処理し、質量分析4,7,8,9（ 図3a）のために得られた溶液を使用しています。
    4. ロードされたのGluのモル数を定量化するために2.1.3-2.1.6で説明したようにプロトコルを繰り返します。
  4. Ptのモノマー3の読み込み中
    1. 無水グレードDMSO（4.5ミリリットル）、白金単量体（32.9 mgを、33.3マイクロモル）、HBTU（18.9ミリグラム、50.0マイクロモル）、無水グレードのCH 2を追加します。Cl 2（0.5ミリリットル）、および私のPr 2洗浄した樹脂に、N 2雰囲気下で、この順序の純（20μL）とは、室温（ 図2F）で12時間、混合物をかき混ぜます。
    2. 白金ローディングモノマー3のモル数を定量化するために2.2.2-2.2.5で説明したようにプロトコルを繰り返します。
  5. Gluの読み込み中
    1. （無水グレードの CH 2 Cl 2（4.5ミリリットル）、Gluの・H 2 O（27.8ミリグラム、62.9μmol）を、HBTU（35.8ミリグラム、94.4マイクロモル）、無水グレードDMSO（0.5ミリリットル）を追加し、 私は 2ネットをPrは50洗浄した樹脂に、N 2雰囲気下で、この順番でμl）を、室温で12時間混合物を攪拌します。
    2. 2.3.2-2.3.4（ 図3b）に記載のプロトコルを繰り返します。
  6. Rhのモノマー4の読み込み中
    1. 無水グレードのDMSO（4.5ミリリットル）、Rhのモノマー4（21.8 mgを、2を追加します。洗浄した樹脂に、N 2雰囲気下で、この順番で3.3マイクロモル）、HBTU（13.3ミリグラム、35.0マイクロモル）、無水グレードの CH 2 Cl 2（0.5ミリリットル）、および私のPr 2 NEtの（20μL）とは、混合物を攪拌室温（ 図2グラム ）で12時間。
    2. 2.2.2で説明したようにプロトコルを繰り返します。
    3. 2.6.1で説明したようにプロトコルを繰り返します。
    4. ロードされたRhのモノマー4のモル数を定量化するために2.2.2-2.2.5で説明したようにプロトコルを繰り返します。
  7. Gluの読み込み中
    1. （無水グレードの CH 2 Cl 2（4.5ミリリットル）、Gluの・H 2 O（20.4ミリグラム、46.0μmol）を、HBTU（26.2ミリグラム、69.0マイクロモル）、無水グレードDMSO（0.5ミリリットル）を追加し、 私は 2ネットをPrは50洗浄した樹脂に、N 2雰囲気下で、この順番でμl）を、室温で12時間混合物を攪拌します。
    2. 2.3.2-2.3.4に記載されているように（プロトコルを繰り返します図3c）。
  8. 2-ローディング[2-（2-メトキシエトキシ）エトキシ]酢酸（TEG）、酸（8 CAS RN 16024-58-1;図1）
    1. （無水グレードを CH 2 Cl 2（3ミリリットル）、TEG酸（14μL、91.0μmol）を、HBTU（51.7 mgを、136.5マイクロモル）、無水グレードの CH 2 Cl 2（2 ml）を追加し、 私は 2ネットをPrは50洗浄した樹脂に、N 2雰囲気下で、この順番でμl）を、室温で12時間混合物を攪拌します。
    2. ドレインを通して濾過することによって溶液を除去。無水グレードのDMSO（3 mlで5分間撹拌）で2回、無水グレードメタノール（3 mlで3分間攪拌）および無水グレードのCH 2 Cl 2（3 mlで3分間攪拌）交互に3回樹脂を洗浄、無水グレードを CH 2 Cl 2（3 mlで3分間攪拌）で3回。
  9. 固相合成の終わりに、樹脂からの切断
    1. ウォッシュジエチルエーテル（4 mlを5分間撹拌）で3回、真空下で乾燥させ、無水グレードのCH 2 Cl 2（1 mlで5分間撹拌）でそれを膨潤した樹脂。
    2. 懸濁液に、CF 3 CO 2 H（0.1 ml）を、のEt 3にSiH（20μl）を、1,2-ジクロロエタンクロロアセチルクロリド（1.9mL）の混合物を添加し、室温で12時間混合物を撹拌します。
    3. ドレインを通して濾過することによって溶液を除去し、CF 3 CO 2 H（0.1ミリリットル）の新しい混合物を追加し、エ3のSiH（20μl）を、1,2-ジクロロエタン（1.9ミリリットル）樹脂に加え、混合物を攪拌室温で1時間。
    4. 手順を繰り返し2.9.3ソリューションが視覚的に無色になるまで（ 図2H）。
    5. プロトコル2.9.2-2.9.4を経て得られたように、すべてのソリューションを組み合わせて、質量分析4,7,8,9（ 図3d）によって得られた溶液の内容を分析します。
    6. evaporatioによって、溶液の揮発性種を除去n及びCF 3 CO 2 H（0.3 ml）を、のEt 3にSiH（40μl）を、1,2-ジクロロエタン（3.8 ml）を混合物に残渣を溶解します。
    7. 室温で24時間混合物を撹拌し、質量分析によって得られた溶液の内容を解析4,7,8,9 1（ 図3E）の側残基でのTのBu基の完全な脱保護を確認します。
    8. 蒸発によって、溶液の揮発性種を削除します。
  10. 1の精製
    1. CH 2 Cl 2中のプロトコル2.9を介して得られた固体残留物を超音波処理し、溶液をデカント。デカント液は、視覚的に無色になるまで、このプロセスを繰り返します。
    2. 質量分析により得られた固体残留物の内容を分析4,7,8,9。
    3. 、超音波処理しながらメタノール（100μL/ 10 mg）を用いて残留物を洗うソリューションをデカントし、得られた複数の内容を分析質量分析4,7,8,9によってオリッ残基。
    4. 超音波処理によってCH 3 CN（90μL）および水（10μL）の混合物中の残留物（1 mg）を溶解し、リン酸緩衝生理食塩水（800μL、10ミリモル、をpH = 7.4）で得られた溶液を組み合わせます。混合物を超音波処理し、24時間、37℃で静置します。
    5. 1,2-ジクロロエタン（500μl）を、CH 3 CN（20μL）、およびCF 3 CO 2 H（20μL）の混合物でデカント上清中の着色された種を抽出します。質量分析4,7,8,9（ 図3F）により抽出液を分析します。
    6. 水相が視覚的に無色になるまで抽出を繰り返します。有機溶液を合わせ、蒸発によって揮発性物質を除去。

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結果

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図1は、最終的な目的化合物、前駆体、及び中間体の分子構造を示し、図2は、樹脂の画像を示し、 図3は、選択された手続きステップでのサンプルのMALDI-TOF質量スペクトルを示します 。 図2aからの画像を2時間 、それはプロトコルのセクション2での反応工程中に受ける樹脂の色や外観の変化を表示します。 MALDI-TOF質量分析法は、反応を追跡するために、予想されるように標的種の存在を確認するために使用されます。

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図1. WSMOCA、前駆体、および中間体の分子構造

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ディスカッション

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樹脂からの望ましくない化学物質の完全な除去は、単に簡単にこれらの化学物質を溶解できる溶剤で洗浄することにより、常に可能ではありません。効率的に樹脂を洗浄するためのキー技術は、それが膨張し、内部に残っている化学物質が押し出されるように繰り返し収縮させることです。それは（ 例えば、プロトコル2.1.4）で洗浄されるように私たちの手順で樹脂を交互にCH 2 Cl 2およびMeOHで処理されるのはこのためです。

連続する複数の非定量的なカップリング反応の結果として、固相合成の終わりのような切断混合物中の標的配列の量を小さくすることができました。固相合成における各反応は、一般的に一度だけ行われるが、対応する反応工程の全体的なカップリングの収率を向上させる必要がある場合には、同一のカップリング反応は、プロトコル2.6に例示されるように、複数回繰り返すことができます。同じcoupliを繰り返すことによりngの反応を2回対応するカップリング反応の約10％大きい収率を実現することができます。

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開示事項

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

著者らは開示するものは何もない。

謝辞

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

この研究は、文部科学省から提供された世界トップレベル研究拠点(WPI)の材料ナノアーキテクトニクスイニシアティブと科学研究費補助金の挑戦的萌芽研究（第26620139号の支援を受けたものです。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ジクロロ(1,5-シクロオクタジエン)白金(II)TCID3592
塩化ロジウム(III)三水和物関東化学36018-62
リン酸緩衝生理食塩水 錠剤シグマ アルドリッチP4417-50TAB 
NovaSyn TG Sieberの樹脂Novabiochem8.55013.0005
HBTUTCIB1657
無水ベンゾイク関東の化学品04116-30
トリフルオロ酢酸関東の化学40578-30
トリエチルシランTCIT0662
2-[2-(2-Methoxyethoxy)ethoxy]の酢酸シグマ アルドリッチ4070033 Å ふるい
ディトラノール和光 純薬工業191502
N-メチルイミダゾールTCIM0508
ピペリジン関東化学32249-30
4'-(4-メチルフェニル)-2,2':6',2"-テルピリジンシグマ アルドリッチ496375
脱水グレードジメチルスルホキシド関東化学10380-05 
脱水グレードメタノール関東化学25506-05 
脱水グレード ジクロロメタン関東化学11338-84
MeOH関東化学工業 25183-81 
ジメチルスルホキシド関東化学10378-70
酢酸エチル関東化学工業 14029-81
アセトニトリル関東化学工業01031-70 
1,2-ジクロロエタン関東化学10149-00
ジエチルエーテル関東化学工業 14134-00 
ジクロロメタン関東化学10158-81
の品工業 工業 工業 工業

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Takanashi, K., et al. Heterometal Assembly in Dendritic Polyphenylazomethines. Bull. Chem. Soc. Jpn. 80, 1563-1572 (2007).
  2. Packheiser, R., Ecorchard, P., Rüffer, T., Lang, H. Heteromultimetallic Transition Metal Complexes Based on Unsymmetrical Platinum(II) Bis-Acetylides. Organometallics. 27, 3534-3536 (2008).
  3. Sculfort, S., Braunstein, P. Intramolecular d10-d10 Interactions in Heterometallic Clusters of the Transition Metals. Chem. Soc. Rev. 40, 2741-2760 (2011).
  4. Vairaprakash, P., Ueki, H., Tashiro, K., Yaghi, O. M. Synthesis of Metal-Organic Complex Arrays. J. Am. Chem. Soc. 133, 759-761 (2011).
  5. Jacoby, M. Synthesis: Method Couples Various Metals in Predetermined Sequences. C&EN. 89, (2011).
  6. White, P., Eds Dörner, B. Synthetic Notes. Peptide Synthesis 2008/2009. , Merck: Germany. (2009).
  7. Sajna, K. V., Fracaroli, A. M., Yaghi, O. M., Tashiro, K. Modular Synthesis of Metal-Organic Complex Arrays Containing Precisely Designed Metal Sequences. Inorg. Chem. 54, 1197-1199 (2015).
  8. Sukul, P. K., et al. A Water-Soluble Metal-Organic Complex Array as a Multinuclear Heterometallic Peptide Amphiphile That Shows Unconventional Anion Dependency in Its Self-Assembly. Chem. Commun. 52, 1579-1581 (2016).
  9. Fracaroli, A. M., Tashiro, K., Yaghi, O. M. Isomers of Metal-Organic Complex Arrays. Inorg. Chem. 51, 6437-6439 (2012).
  10. Gude, M., Ryf, J., White, P. D. An Accurate Method for the Quantitation of Fmoc-Derivatized Solid Phase Supports. Letters in Peptide Science. 9, 203-206 (2002).
  11. Merrifield, R. B. Solid Phase Peptide Synthesis. I. The Synthesis of a Tetrapeptide. J. Am. Chem. Soc. 85, 2149-2154 (1963).

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