Methodenartikel

Een goedkope aanpassing van een commerciële microgolfreactor voor de synthese van peptiden in de vaste fase

1.3K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/66937

⸱

22 november 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry & Biochemistry, Fairfield University

In dit artikel

Samenvatting

Er wordt een eenvoudig, goedkoop en nieuw apparaat gepresenteerd voor het uitvoeren van peptidesyntheses in vaste fase in een commerciële microgolfreactor.

Samenvatting

Een zelfgebouwd apparaat om peptidesynthese in de vaste fase (SPPS) uit te voeren, ondersteund door microgolfbestraling en verwarming, wordt gepresenteerd. In tegenstelling tot conventionele SPPS-reactievaten, die oplosmiddel en bijproducten afvoeren via een frit op de bodem van het vat, maakt het gepresenteerde apparaat gebruik van een gasdispersiebuis onder vacuüm om oplosmiddel, bijproducten en overtollige reagentia te verwijderen. Dezelfde gasdispersiebuis zorgt voor stikstofgasagitatie van de SPPS-korrels tijdens de reactiestappen van koppeling en deprotectie. Microgolfverwarming is gunstig voor SPPS-koppelingen van sterisch gehinderde residuen, zoals alfa-aminoisoboterzuur (Aib), een alfa-gebelkyleerd aminozuurresidu. Dit zelfgebouwde apparaat is gebruikt om, via handmatige Fmoc SPPS-methoden, heptamere en octamere peptiden te bereiden die worden gedomineerd door het Aib-residu, dat notoir moeilijk te koppelen is onder standaard kamertemperatuur en reagentia. Verder zijn typische commerciële microgolf SPPS-reactoren uitsluitend gewijd aan SPPS-synthese, waardoor ze ontoegankelijk zijn voor niet-SPPS-gebruikers. Daarentegen behoudt het gepresenteerde apparaat de veelzijdigheid van de microgolfreactor voor conventionele microgolfversnelling van chemische reacties, aangezien het apparaat triviaal is verwijderd uit de commerciële microgolfreactor.

Inleiding

Merrifield's introductie van vastefasepeptidesynthese SPPS in de jaren 1960 bracht een revolutie teweeg in peptide- en chemische syntheses en werd terecht beloond met een Nobelprijs voor Scheikunde 1,2. In de daaropvolgende decennia hebben veel onderzoekers de originele technieken van Merrifield verfijnd, wat heeft geleid tot twee alternatieven die de SPPS-praktijken domineren: op basis van fluorenylmethoxycarbonyl (FMOC) versus op basis van tert-butyloxycarbonyl (BOC)3. De uiteindelijke splitsing van het peptide uit vaste hars in FMOC vereist een cocktail met trifluorazijnzuur, in vergelijking met HF voor BOC-technieken, waardoor op FMOC gebaseerde methoden de voorkeur hebben van veel laboratoria.

State-of-the-art SPPS-methoden worden af en toe uitgedaagd door gewenste sequenties. In de afgelopen jaren is er vooruitgang geboekt bij het overwinnen van enkele idiosyncratische zorgen over aggregatie4, diketopiperazinevorming5 en N-gemethyleerde aminozuurresiduen6. In een poging om het koppelingsrendement te optimaliseren, zijn duizenden koppelingsreagentia en additieven onderzocht7. In het bijzonder is carbonzuuractivering via COMU 8,9 of zure fluoriden 10,11,12, samen met additieven zoals Oxyma13 en hydroxybenzotriazol (HOBt), ontwikkeld voor bijzonder uitdagende koppelingen, zoals die met α,α-dialkylate residuen.

Andere niet-reagensgebaseerde methoden zijn gebruikt om de opbrengst voor moeilijke koppelingen te verhogen, waaronder langere reactietijden, "dubbele koppeling" en verwarming, met name magnetronverwarming 14,15,16. In de handel verkrijgbare geautomatiseerde peptidesynthesizers die gebruik maken van microgolfverwarming behoren inderdaad tot de commercieel meest succesvolle eenheden op de markt, omdat ze de reactiesnelheden versnellen, de uiteindelijke zuiverheid van peptiden lijken te verbeteren en verspilling van oplosmiddelen minimaliseren. Helaas kunnen deze eenheden duur zijn en in sommige gevallen meer dan $ 100,000 kosten.

Ons laboratorium heeft belangen bij het bereiden van variaties van peptiden die het sterk helicogene residu van alfa-aminoisoboterzuur (Aib) bevatten17,18,19. Vanwege de sterische hinder die voortkomt uit de dialkylering van zijn alfa-koolstof, is Aib notoir moeilijk te koppelen. De hierboven genoemde methoden (zure fluoriden, microgolfverwarming20), evenals slimme "dipeptide" SPPS-chemie21, zijn gebruikt om SPPS aan te passen aan de koppelingsuitdagingen van Aib. De harsvrije bereiding van Aib-dimeren verbetert weliswaar de totale opbrengst, maar vereist extra natte chemie en verhoogde temperaturen (50 °C)21. Bovendien hebben we het gebruik van zure fluoriden van Aib vermeden vanwege de giftige aard van fluorerende middelen. Helaas ontbreekt het in ons laboratorium aan een speciale, op microgolven gebaseerde geautomatiseerde SPPS-synthesizer, met speciale reactievaten voor het noodzakelijke afvoeren van SPPS-bijproducten. Niettemin stimuleerde een recent rapport van de groep van Clayden, waaruit blijkt dat er spectaculair succes is geboekt bij het bereiden van op Aib gebaseerde oligomeren met behulp van SPPS en microgolfbestraling22, ons om de CEM Discover SP-microgolfeenheid van ons laboratorium aan te passen voor SPPS-syntheses.

We onderzochten eerst het in de handel verkrijgbare accessoire van CEM om de microgolfreactor om te bouwen tot een handmatige SPPS/microgolfeenheid23. Afgezien van de kosten, zou dit accessoire de toewijding van onze magnetroneenheid aan alleen handmatige SPPS vereisen. Andere laboratoriumgebruikers zouden niet langer toegang hebben tot de uitstekende mogelijkheden van de microgolfeenheid. Daarom werd de implementatie van het commerciële accessoire in ons geval onaanvaardbaar geacht.

In plaats daarvan hebben we, door middel van relatief goedkope componenten, een apparaat geassembleerd om microgolf-geassisteerde SPPS op de millimolaire schaal uit te voeren. Het onderstaande protocol beschrijft het gebruik van eenvoudige en relatief goedkope componenten om handmatige, microgolfondersteunde SPPS te effectueren.

Protocol

1. Zet het apparaat in elkaar (Figuur 1)

OPMERKING: Alle componenten voor het monteren van het apparaat zijn te vinden in de materiaaltabel.

  1. Monteer de vacuümuitlaat.
    1. Sluit 2" 1/8" Teflon-slang aan op de rechterkant van de "Tee" (Figuur 1, onderdeel met het label "1") gemaakt van ethyleentetrafluorethyleen (ETFE).
    2. Sluit de 1/8" teflonbuis aan op een klep (Figuur 1, onderdeel met het label "2") gemaakt van ETFE.
    3. Bevestig 100 cm teflonslang aan de andere kant van het ventiel (Figuur 1, onderdeel met het label "2").
    4. Steek deze slang door de opening van 1/8" van een rubberen kurk en gebruik deze kurk om een zijarmige erlenmeyer af te sluiten (Figuur 1A, onderdeel met het label "8") die is aangesloten op een vacuüm (huis- of bescheiden pomp).
  2. Monteer de stikstofgasinlaat.
    1. Sluit 2" 1/8" Teflon-slang aan op de linkerkant van de ETFE "Tee" (Afbeelding 1, onderdeel met het label "1").
    2. Sluit de 1/8" teflonbuis aan op een ETFE-klep (Figuur 1, onderdeel met het label "3").
    3. Bevestig 100 cm 1/8" teflonslang aan de andere kant van het EFTE-ventiel (Figuur 1, onderdeel met het label "3").
    4. Rijg het uiteinde van de 1/8" teflonslang door een rubberen kurk en gebruik deze kurk om deze aan te sluiten op een tygonbuis die is bevestigd aan een stikstofcilinder die is uitgerust met een regelaar (Figuur 1A, onderdeel met het label "7").
    5. Gebruik met de naaldklep van de regelaar gesloten de membraanklep van de regelaar (Figuur 1A, onderdeel met het label "7"). om een druk van 5-10 psi te bereiken.
  3. Zet de aspirator/bubbler in elkaar.
    1. Sluit de steel van de "Tee" (Figuur 1, onderdeel met het label "1") aan op een 1/8" OD Teflon-slang met een lengte van 100 cm.
    2. Steek deze slang in door een microseptum (Figuur 1, onderdeel met het label "6") dat eerder met een naald is doorboord.
    3. Steek de slang helemaal in een gasdispersiebuis. Gebruik het microseptum om een afdichting te vormen tussen de gasdispersiebuis (Figuur 1, onderdeel met het label "4") en de teflonslang.
    4. Plaats de gasdispersiebuis in het reactievat van de reageerbuis (Figuur 1, onderdeel met het label "5")., en plaats de reageerbuis in de houder (Afgebeeld in Figuur 1B), die zich buiten de microgolfreactor bevindt.
      OPMERKING: Tijdens chemische reacties wordt de reageerbuis in de microgolfreactor ingebracht. Tijdens het toevoegen van reactieoplossingen en wasbeurten met oplosmiddel wordt de reageerbuis buiten de microgolfreactor gehouden.
  4. Bevestig de verzwakker met open vat aan de microgolfreactor. Het apparaat zou nu klaar moeten zijn voor gebruik.

2. Bereid reagentia voor

  1. Bereid FMOC-aminozuuroplossingen. Bereid voor een schaal van 0,100 mmol 0,2 M FMOC-AA-OH in DMF. Elke koppelingscyclus gebruikt 2,5 ml van de aminozuuroplossingen.
  2. Bereid diisopropylcarbodiimide (DIC) koppelingsreagens. Bereid 1,0 M DIC voor in DMF. Elke koppeling gebruikt 1,0 ml DIC-oplossing.
  3. Bereid Oxyma Pure additieve oplossing. Bereid 0,5 M oxyma in DMF. Elke koppeling gebruikt 1,0 ml oxyma-oplossing.
  4. Bereid de deprotectieoplossing voor. Bereid 20% v/v morfoline/DMF-oplossing. Voor elke deprotectierun is 7 ml oplossing nodig. Voer twee deprotectie-runs uit voor elke deprotection van fmoc.

3. Bereiding van peptidehars

  1. Meet de juiste massa SPPS Wang-hars, 100-200 mesh, polystyreen verknoopt met 1% divinylbenzeen en plaats de droge hars in het reactievat van de reageerbuis. Voor een synthese op een schaal van 0,100 mmol zou een hars met een belasting van 0,500 mmol g-1 bijvoorbeeld 200 mg hars nodig hebben.
  2. Voeg 3 ml DMF-oplosmiddel toe aan de hars en zweld de hars gedurende 15 minuten op kamertemperatuur. Zorg er voor deze stap voor dat de stikstofgastoevoer "aan/open" is voor agitatie en dat de vacuümklep (Figuur 1, gelabeld "2") "uit/gesloten" is. Gebruik de naaldklep van de stikstoftoevoer (Figuur 1A, label 7) om een zachte borrel in de oplossing te bereiken.
    OPMERKING: Deze instelling moet geschikt zijn voor alle verdere beroering door het stikstofgas.
  3. Na 15 minuten zwellen van de hars, zuigt u DMF-oplosmiddel onder vacuüm op: sluit de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3"). Open de klep voor vacuüm (Figuur 1, gelabeld "2") en zuig DMF-oplosmiddel op. Wanneer het oplosmiddel bijna is verwijderd, opent u de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3").
  4. Herhaal stap 3.2 en 3.3 2 keer om de hars volledig op te zwellen.

4. FMOC verwijderen

OPMERKING: Harsen zijn voorgeladen verkrijgbaar met een verscheidenheid aan FMOC-beschermde aminozuren die vooraf zijn geladen als de C-terminale residuen. Daarom is FMOC-verwijdering meestal de eerste stap na het zwellen van de hars.

  1. Voeg met het reactievat van de reageerbuis buiten de microgolfreactor en de vacuümklep (Figuur 1, gelabeld "2") gesloten, 7 ml 20% piperidine/DMF of 20% morfoline/DMF rechtstreeks in de reageerbuis.
  2. Draai de stikstofklep open (Figuur 1, gelabeld "3") om de kralen te schudden.
    OPMERKING: SPPS-harsen zijn verkrijgbaar voorgeladen met het C-terminale residu, beschermd door FMOC.
  3. Breng de reageerbuis met de kralen in de microgolfreactor via de demper "open vat" (Figuur 1B, metalen poort van de reactor).
  4. Verwarm gedurende 90 minuten tot 2 °C door de magnetron in dynamische modus te gebruiken: stel het temperatuurdoel in op 90 °C, 50 W vermogen, houdtijd = 2.0 min (zie aanvullend bestand 1 voor een rapport over deprotectie in de magnetron). Monitor de temperatuur via de infrarood sensor van de magnetron; De magnetron vermindert het vermogen om de reactietemperatuur op peil te houden.
  5. Verwijder het reageerbuisje met de kralen uit de microgolfreactor.
  6. Aanzuigen van DMF-oplossing en reactiebijproducten onder vacuüm: sluit de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3"). Open de klep voor vacuüm (Figuur 1, gelabeld "2"). Wanneer de oplossing bijna is verwijderd, opent u de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3").
  7. Sluit de vacuümklep (Figuur 1, gelabeld "2"). Voeg 3 ml DMF toe om de reageerbuis en de gasdispersiebuis te spoelen.
  8. Aanzuigen DMF-oplosmiddel wassen onder vacuüm: sluit de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3"). Open de klep voor vacuüm (Figuur 1, gelabeld "2"). Wanneer de oplossing bijna is verwijderd, opent u de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3").
  9. Herhaal stap 4.7 en 4.8 twee keer, voor een totaal van drie wasbeurten met DMF-oplosmiddel.
  10. Herhaal de FMOC-verwijderingsstappen 4.1-4.9 voor in totaal twee opeenvolgende deprotectiestappen.

5. Koppeling van FMOC-aminozuren

  1. Plaats het reactievat van de reageerbuis in de houder buiten de microgolfreactor.
  2. Voeg handmatig 2,5 ml 0,2 M FMOC-aminozuur (5x molaire overmaat), 1,0 ml 1,0 M DIC-koppelingsmiddeloplossing (10x molaire overmaat) en 1,0 ml 0,5 M oxyma additiefoplossing (5x molaire overmaat) toe aan de hars in de reageerbuis.
  3. Open de stikstofklep (Figuur 1, gelabeld "3") om de parels te laten roeren.
  4. Breng de reageerbuis met de kralen in de microgolfreactor via de open vatdemper (Figuur 1B, metalen poort van de reactor). Verwarm de oplossing gedurende 10 minuten tot 100 °C. Gebruik de magnetron in de dynamische modus, stel het temperatuurdoel in op 100 °C, 60 W vermogen, houdtijd = 10.0 min (zie aanvullend bestand 1 voor een rapport over koppeling in de magnetron). Monitor de temperatuur via de infrarood sensor van de magnetron; De magnetron vermindert het vermogen om de reactietemperatuur op peil te houden.
  5. Verwijder het reageerbuisje met de kralen uit de microgolfreactor.
  6. Zuig DMF-oplosmiddel en reactiebijproducten onder vacuüm aan: sluit de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3"). Open de klep voor vacuüm (Figuur 1, gelabeld "2"). Wanneer de oplossing bijna is verwijderd, opent u de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3").
  7. Sluit de vacuümklep (Figuur 1, gelabeld "2"). Voeg 3 ml DMF toe om de reageerbuis en de gasdispersiebuis te spoelen.
  8. Aanzuigen DMF-oplosmiddel wassen onder vacuüm: sluit de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3"). Open de klep voor vacuüm (Figuur 1, gelabeld "2"). Wanneer de oplossing bijna is verwijderd, opent u de N2-klep (Figuur 1, gelabeld "3").
  9. Herhaal stap 5.7 en 5.8 2 keer voor in totaal drie wasbeurten met DMF-oplosmiddel.

6. Herhaal SPPS-peptidecycli

  1. Herhaal alle stappen in sectie 4 (FMOC-verwijdering) en 5 (Koppeling van FMOC-aminozuren) tot een peptide van de gewenste sequentie.
    NOTITIE: Zorg ervoor dat u reagensoplossingen buiten de microgolfreactor, bij kamertemperatuur, rechtstreeks aan het reactievat van de reageerbuis toevoegt. Zorg er ook voor dat de stikstofagitatie op gang wordt gebracht voordat de reageerbuis in de microgolfreactor wordt geplaatst.

7. Peptide splitsing

  1. Breng de hars over in een gefritte plastic spuit.
  2. Bereid een splitsingscocktail voor van 95% trifluorazijnzuur (TFA), 2,5% water en 2,5% triisopropylsilaan (TIPS) in een volume van 1 ml/100 mg hars.
  3. Splits de peptide gedurende 2 uur bij kamertemperatuur door continu of af en toe te schudden.
  4. Sla het peptideproduct neer in 10 ml ijskoude diethylether.
  5. Resuspendeer de pellet in een minimale hoeveelheid MeCN/0,1% waterige TFA en vries deze een nacht op.

Resultaten

Voorbeelden van peptidesequenties die met ons apparaat zijn bereid, worden weergegeven in Figuur 2 en Figuur 3. Tabel 1 geeft een overzicht van de oplossingen, microgolfparameters en wasbeurten die we hebben gebruikt. De bevestiging van MALDI-TOF massaspectrometrie wordt weergegeven in de figuren. Het massaherstel van deze peptiden was meer dan 80%. Het is veelbetekenend dat al deze sequenties meerdere koppelingen hebben tussen aangrenzende alfa-, alfa-dialkyleerde aminozuren. Dit zijn enkele van de moeilijkste residuen om aan elkaar te koppelen via de vorming van peptidebindingen.

figure-results-1
Figuur 1: Het zelfgebouwde, met microgolven ondersteunde, handmatige SPPS-apparaat. (A) Schema met 1) ETFE "tee"; 2) ETFE-klep naar vacuüm; 3) ETFE-klep naar stikstofgas; 4) gasdispersiebuis, binnen 5) Pyrex-reageerbuisreactievat; 6) NMR-type septum om 1/8" Teflon-slang te verbinden met gasdispersiebuis; 7) naaldklep om de stroom van het stikstofgas te controleren; 8) Zijarmkolf om reactieafval op te vangen. Zie Materiaaltabel voor fabrikanten en catalogusnummers van componenten. (B) Foto van de gemonteerde afbeelding. De nummering is identiek aan Figuur 1A. Afkortingen: SPSS = vaste fase peptidesynthese; ETFE = ethyleentetrafluorethyleen; NMR = nucleaire magnetische resonantie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2: Structuur van peptide 1, gesynthetiseerd via microgolf SPPS-methoden en MALDI-TOF-bevestiging. (A) CHCA werd gebruikt als matrix. De piek bij m/z = 880,18 is kaliumadduct, [MK+], berekend m/z=880,45. (B) HPLC-spoor van ruw peptide 1. De oplosmiddelgradiënt is MeCN van 20% tot 80% over 0,1% waterige TFA, 20 min. Golflengte van waarneming = 222 nm. Afkortingen: SPSS = vaste fase peptidesynthese; MALDI-TOF = matrix-geassisteerde laserdesorptie ionisatie-vluchttijd; CHCA = alfa-cyaan-4-hydroxykaneelzuur, HPLC = hogedrukvloeistofchromatografie; MeCN = acetonitril; TFA = trifluorazijnzuur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 3: Structuur van peptide 2, gesynthetiseerd via microgolf SPPS-methoden en MALDI-TOF-bevestiging. (A) CHCA werd gebruikt als matrix. De piek bij m/z = 1022,7 wordt toegewezen aan het kaliumadduct, [MK+], berekend m/z=1023,5. De piek op m/z = 966,5 is voorlopig toegewezen aan een C-terminaal oxazolon via waterverlies24, berekend m/z = 967,5. (B) HPLC-spoor van ruw peptide 2. De oplosmiddelgradiënt is MeCN van 20% tot 80% gedurende 20 minuten over 0,1% waterige TFA. Golflengte van waarneming = 222 nm. Afkortingen: SPSS = vaste fase peptidesynthese; MALDI-TOF = matrix-geassisteerde laserdesorptie ionisatie-vluchttijd; CHCA = alfa-cyaan-4-hydroxykaneelzuur, HPLC = hogedrukvloeistofchromatografie; MeCN = acetonitril; TFA = trifluorazijnzuur, Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

StapOplossing/oplosmiddelInhoud (ml)Tijd (min)Temperatuur (°C)
1Bescherming tegen roken20% morfoline7290
2WastDMF4, 4, 4-RT
3Bescherming tegen roken20% morfoline7290
4WastDMF4, 4, 4-RT
5KoppelingFmoc-AA-OH, OXYMA, DIC5, 2, 210100
6WastDMF4, 4, 4-RT
7Herhalen
EindeSplijtenTFA/TIPS/H2O1>120 Zoekertjes

Tabel 1: Stappen voor één cyclus van microgolfondersteunde SPPS op een schaal van 0,1 mmol: FMOC-deprotectie, wasbeurten en FMOC-aminozuurkoppeling. 0,2 M FMOC-AA-OH, 0,5 M OXYMA, 1,0 M DIC. Oplossingen die handmatig door een micropipet rechtstreeks in de reageerbuis worden toegevoegd voor elke stap. Afkortingen: SPSS = vaste fase peptidesynthese; FMOC = fluorenylmethoxycarbonyl; DIC = diisopropylcarbodiimide.

Aanvullend bestand 1: CEM Discover SP Microwave Reactor Report voor verwijdering van Fmoc-beschermende groep en CEM Discover SP Microwave Reactor Report voor het koppelen van een Fmoc-beschermd aminozuur. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussie

Het hier gepresenteerde apparaat roept een eenvoudige, nieuwe en goedkope methode op voor het verwijderen van oplosmiddelen, overtollige reagentia en afvalproducten, evenals het toevoegen van stikstofgasagitatie, tijdens microgolfondersteunde SPPS. In tegenstelling tot conventionele SPPS-vaten, die een frit op de bodem van het vat aanroepen, roept het gepresenteerde apparaat een gasdispersiebuis onder vacuüm op om het vat op te zuigen. Het reactievat is daarom een gewone reageerbuis, die wordt verwarmd op de door de fabrikant van de microgolfreactor aanbevolen plaats in de "open vatdemper".

Onze primaire innovatie is het verwijderen van oplosmiddelen en reactiebijproducten uit de reageerbuis via een "gasdispersiebuis" onder vacuüm. Tijdens chemische transformaties onder microgolfbestraling, evenals tijdens wasbeurten met oplosmiddel (N,N-dimethylformamide (DMF) of N-methylpyrrolidinon, NMP), worden de SPPS-korrels geschud door stikstofgas dat door de buis wordt verspreid. Het vacuüm- en stikstofgas worden geregeld door ETFE-kleppen om de weerstand tegen oplosmiddelen te optimaliseren. SPPS-afval wordt opgevangen in een erlenmeyer met zijarm. Alle componenten zijn verbonden via 1/8" Teflon slang. Hoewel we "huis" vacuüm gebruiken, zou een mechanische vacuümpomp ook dienen. Figuur 1 hierboven is een schema van ons apparaat.

Succesvolle SPPS vereist niet alleen een apparaat, maar ook chemische protocollen van temperatuur, tijd en chemische reagentia. Gebruikmakend van het protocol van Clayden et al.22 hebben we verschillende peptiden bereid die moeilijk, zo niet onmogelijk te bereiden zouden zijn via conventionele SPPS-methoden op kamertemperatuur. Voor de koppeling van aminozuren gebruiken we diisopropylcarbodiimide (DIC) en oxyma als koppelingscocktail en bestralen we gedurende 10 minuten tot 100 °C. Oxyma wordt verondersteld de racemisatie van residuen tijdens het koppelingsproces te onderdrukken13. Voor FMOC-deprotectie gebruiken we 20% morfoline in DMF, bestraald bij 90 °C gedurende 2 minuten, en herhalen we nog een keer. Tussen de reacties door gebruiken we DMF om de SPPS-korrels (Wang-hars) herhaaldelijk (3x) te spoelen.

Met behulp van dit handmatige apparaat hebben we moeilijk te synthetiseren peptiden bereid met een snelheid van ongeveer 40 minuten per residu. We hebben nog geen onderzoek gedaan naar mogelijke optimalisaties van dit percentage. We denken bijvoorbeeld dat de tijd in de microgolfreactor waarschijnlijk beperkt kan worden tot "totale reactietijd", in tegenstelling tot "tijd bij doeltemperatuur", zonder de resultaten te verminderen. Dit komt door de hoeveelheid tijd die wordt besteed aan het asymptotisch naderen van de doeltemperatuur (zie aanvullend bestand 1 voor details.). Bovendien zou men in principe alle reagentia en oplosmiddelen kunnen toevoegen zonder het reactievat uit de magnetron te verwijderen. We geven er echter de voorkeur aan om de hars bij alle stappen te kunnen inspecteren.

Hoewel onze use-case in SPPS is, moet worden opgemerkt dat vastefasemethoden steeds vaker worden toegepast op een reeks syntheses, zoals dendrimeer25, RNA26 en elektrochemische syntheses27. Een verscheidenheid aan gebruiksscenario's zou baat kunnen hebben bij microgolfondersteuning, waarvoor dit apparaat geschikt zou zijn. Ten slotte, terwijl het apparaat is gebouwd om microgolf-ondersteunde SPPS uit te voeren, is het fundamentele reactievat een reageerbuis. Daarom kan het apparaat worden gebruikt in conventionele SPPS op kamertemperatuur, maar ook in SPPS bij verhoogde temperaturen, bijvoorbeeld in een oliebad.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.

Dankbetuigingen

De auteurs zijn dankbaar voor de steun van de INSPIRE-beurzen van Fairfield University, de steun van het Department of Chemistry & Biochemistry van Fairfield University en de hulp van Dr. Dorothy Szobcynski voor haar expertise in het beheren van het laboratorium. Bovendien zijn de auteurs de professoren Jillian Smith-Carpenter en Aaron Van Dyke dankbaar voor hun discussies over peptide- en organische synthese. De auteurs waarderen de steun van het Publication Fund van het College of Arts & Sciences van Fairfield University.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
CEM Discover SP Microwave ReactorCEMDiscontinued.  Recently replaced in the product line by the Discover 2.0
Diisopropylcarbodiimide (DCC)TCI America
Dimethylformamide (DMF)Thermo Scientific Chemicals
Gas dispersion tube, micro, ChemglassCG-207-02medium porosity
micro septumChemGlassCG-3022-20"NMR tube" type septum
MorpholineThermo Scientific Chemicals
N-Fmoc-protected Amino acids
Oyxma PureTCI America
Side-arm Ehrlenmeyer flaskAssorted vendorsWaste collection
"Tee"IdexP-713ETFE
teflon tubing 1/8", Restek25306OD x 0.063" ID, 3 m
Test tube (holder for reaction vessel external to microwave) Assorted vendors(30 x 175)
Test tube (reaction vessel)Corning Glass9820-25XPyrex 25 x 200 mm, rimless 
ValveIdexP-721ETFE (2x)
Wang SPPS Resin, 1% crosslinked divinylbenzene, 100-200 meshAdvanced ChemTech

Referenties

  1. Merrifield, R. B. Solid Phase Peptide Synthesis. I. The Synthesis of a Tetrapeptide. J Am Chem Soc. 85 (14), 2149-2154 (1963).
  2. Sheppard, R. C. Nobel prize: Merrifield wins in chemistry. Nature. 311 (5988), 699-699 (1984).
  3. Jaradat, D. M. M. Thirteen decades of peptide synthesis: key developments in solid phase peptide synthesis and amide bond formation utilized in peptide ligation. Amino Acids. 50 (1), 39-68 (2018).
  4. Paradís-Bas, M., Tulla-Puche, J., Albericio, F. The road to the synthesis of "difficult peptides.". Chem Soc Rev. 45 (3), 631-654 (2016).
  5. Wang, J., et al. Mechanistic Study of diketopiperazine formation during solid-phase peptide synthesis of tirzepatide. ACS Omega. 7 (50), 46809-46824 (2022).
  6. Sharma, A., et al. N-methylation in amino acids and peptides: Scope and limitations. Biopolymers. 109 (10), e23110(2018).
  7. El-Faham, A., Albericio, F. Peptide coupling reagents, more than a letter soup. Chem Rev. 111 (11), 6557-6602 (2011).
  8. Subirós-Funosas, R., Nieto-Rodriguez, L., Jensen, K. J., Albericio, F. COMU: scope and limitations of the latest innovation in peptide acyl transfer reagents. J Peptide Sci. 19 (7), 408-414 (2013).
  9. El-Faham, A., Albericio, F. COMU: A third generation of uronium-type coupling reagents. J Peptide Sci. 16 (1), 6-9 (2010).
  10. Wenschuh, H., Beyermann, M., Rothemund, S., Carpino, L. A., Bienert, M. Multiple solid-phase synthesis via Fmoc-amino acid fluorides. Tet Lett. 36 (8), 1247-1250 (1995).
  11. Wenschuh, H., Beyermann, M., Krause, E., Carpino, L. A., Bienert, M. Efficient solid phase assembly of peptides bearing contiguous highly hindered Aib residues via Fmoc Aib fluoride. Tetrahedron. 34 (23), 3733(1993).
  12. Wenschuh, H., et al. Fmoc amino-acid fluorides - convenient reagents for the solid-phase assembly of peptides incorporating sterically hindered residues. J Org Chem. 59 (12), 3275-3280 (1994).
  13. Manne, S. R., De La Torre, B. G., El-Faham, A., Albericio, F. OxymaPure coupling reagents: beyond solid-phase peptide synthesis. Synthesis. 52 (21), 3189-3210 (2020).
  14. Collins, J. M. Microwave-enhanced synthesis of peptides, proteins, and peptidomimetics. Microwaves in Organic Synthesis. Hoz, A., Loupy, A. , Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA: Weinheim, Germany. 897-959 (2012).
  15. Pedersen, S. L., Tofteng, A. P., Malik, L., Jensen, K. J. Microwave heating in solid-phase peptide synthesis. Chem Soc Rev. 41 (5), 1826-1844 (2012).
  16. Pedersen, S. L., Sørensen, K. K., Jensen, K. J. Semi-automated microwave-assisted SPPS: Optimization of protocols and synthesis of difficult sequences. Peptide Sci. 94 (2), 206-212 (2010).
  17. Zeko, T., et al. FT-IR spectroscopy and density functional theory calculations of 13C isotopologues of the helical peptide Z-Aib 6 -OtBu. J Phys Chem B. 118 (1), 58-68 (2014).
  18. Gord, J. R., et al. Conformation-specific spectroscopy of capped, gas-phase Aib oligomers: Tests of the Aib residue as a 310-helix former. Phys Chem Chem Phys. 18 (36), 25512-25527 (2016).
  19. Fischer, J. L., et al. Single-conformation spectroscopy of capped aminoisobutyric acid dipeptides: the effect of C-terminal cap chromophores on conformation. J Phys Chem A. 123 (19), 4178-4187 (2019).
  20. Hjørringgaard, C. U., Pedersen, J. M., Vosegaard, T., Nielsen, N. C., Skrydstrup, T. An automatic solid-phase synthesis of peptaibols. J Org Chem. 74 (3), 1329-1332 (2009).
  21. Haynes, S. R., Hagins, S. D., Juban, M. M., Elzer, P. H., Hammer, R. P. Improved solid-phase synthesis of α,α-dialkylated amino acid-rich peptides with antimicrobial activity. J Peptide Res. 66 (6), 333-347 (2005).
  22. Zieleniewski, F., Woolfson, D. N., Clayden, J. Automated solid-phase concatenation of Aib residues to form long, water-soluble, helical peptides. Chem Commun. 56 (80), 12049-12052 (2020).
  23. CEM Corporation. Manual peptide synthesis. Discover SPSS. , https://cem.com/discover-spps (2023).
  24. Theis, C., Degenkolb, T., Brückner, H. Studies on the selective trifluoroacetolytic scission of native peptaibols and model peptides using HPLC and ESI-CID-MS. Chem Biodivers. 5 (11), 2337-2355 (2008).
  25. Ya-Ting Huang, A., Kao, C. -L., Selvaraj, A., Peng, L. Solid-phase dendrimer synthesis: a promising approach to transform dendrimer construction. Materials Today Chemistry. 27, 101285(2023).
  26. Flemmich, L., Bereiter, R., Micura, R. Chemical synthesis of modified RNA. Angew Chem Int Ed Engl. 63 (22), e202403063(2024).
  27. Li, M., Li, Y. Solid-phase electrosynthesis. Acc Chem Res. 56 (24), 3694-3703 (2023).

Herprints en machtigingen

Tags

Microgolf ondersteunde synthesesterisch gehinderde aminozurenpeptide oligomeersynthesegasdispersiebuisstikstofgasagitatievacu mverwijdering van oplosmiddelFmoc SPPShandmatige peptidesyntheseaanpassing van microgolfreactor
Een goedkope aanpassing van een commerciële microgolfreactor voor de synthese van peptiden in de vaste fase
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.