Artykuł metodologiczny

Hydroliza kompleksu zasad Ni-Schiffa w warunkach odpowiednich do zachowania kwasowo-labilnych grup ochronnych

DOI:

10.3791/55677

⸱

6 kwietnia 2017

 ,  , 
1Department of Chemistry, Slippery Rock University

W tym artykule

Podsumowanie

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

Tutaj prezentujemy efektywną hydrolizę i późniejszą ochronę Fmoc aminokwasu wyizolowanego z kompleksu zasad Ni-Schiffa. Przedstawione tutaj warunki hydrolizy są odpowiednie do stosowania, gdy wymagane jest zachowanie kwasowo-labilnych grup ochronnych łańcucha bocznego. Technika ta może być dostosowana do różnych nienaturalnych substratów aminokwasowych.

Streszczenie

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

Nienaturalne aminokwasy, aminokwasy zawierające funkcje łańcucha bocznego rzadko spotykane w naturze, są coraz częściej spotykane w syntetycznych sekwencjach peptydowych. Synteza niektórych nienaturalnych aminokwasów często obejmuje użycie prekursora składającego się z zasady Schiffa stabilizowanej kationem niklu. Nienaturalne łańcuchy boczne mogą być zainstalowane na szkielecie aminokwasowym znajdującym się w tym kompleksie zasad Schiffa. Powstały w ten sposób nienaturalny aminokwas można następnie wyizolować z tego kompleksu za pomocą hydrolizy zasady Schiffa, zwykle przez zastosowanie refluksu w silnie kwaśnym roztworze. Te wysoce kwaśne warunki mogą usuwać labilne jak kwasowość grupy ochronne łańcucha bocznego niezbędne do wykorzystania nienaturalnych aminokwasów w syntezie peptydów w fazie stałej wspomaganej mikrofalami. W niniejszej pracy przedstawiono efektywną hydrolizę, a następnie ochronę Fmoc aminokwasu wyizolowanego z kompleksu zasad Ni-Schiffa. Warunki hydrolizy przedstawione w tej pracy są odpowiednie do zachowania kwasowo-labilnych grup ochronnych łańcucha bocznego i mogą być przystosowane do różnych nienaturalnych substratów aminokwasowych.

Wprowadzenie

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

Nienaturalne aminokwasy (UAA) posiadające łańcuchy boczne, które różnią się od tych z dwudziestu naturalnie występujących aminokwasów występujących w naturze, znalazły zastosowanie w szerokim zakresie zastosowań. Synteza tych UAA może być jednak trudna w zależności od struktury łańcuchów bocznych i stereochemii szkieletu aminokwasowego. Aktywacja wiązania C-H glicyny w kontekście kompleksu zasad Schiffa niklu została wykorzystana do produkcji różnych pochodnych aminokwasów, w tym α,β-diaminokwasów1 i łożyska UAA fluorowane2 lub heterocykliczne łańcuchy boczne. 3

Po dodaniu nienaturalnych łańcuchów bocznych, funkcjonalizowane UAA są zazwyczaj usuwane z kompleksu zasad Schiffa przez refluks w kwasie solnym4, a następnie izolowane za pomocą chromatografii jonowymiennej. Chociaż ogólnie skuteczny, protokół ten generuje aminokwasy, które mogą być nieodpowiednie do stosowania w syntezie peptydów w fazie stałej (SPPS). Charakter SPPS wymaga obecności kwasowo-labilnych grup ochronnych łańcucha bocznego, a silnie kwaśny charakter typowych warunków rozkładu zasad Ni-Schiffa uniemożliwia izolację UAA z tymi nienaruszonymi grupami ochronnymi. O ile nam wiadomo, zgłoszono tylko jedną alternatywną metodę rozkładu: użycie kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA) i hydrazyny w podwyższonych temperaturach, 5 warunkach, które same w sobie mogą nie być odpowiednie dla niektórych grup chroniących łańcuch boczny, takich jak ftalimidy.

figure-introduction-1
Rysunek 1: Synteza Ni-PBP-Gly z Ni2+, PBP i glicyny (Gly). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Niniejszym opisujemy metodę hydrolizy kompleksu Ni-Schiff-zasada, Ni-PBP-Gly (Rysunek 1). Wykazano, że ten kompleks, pochodzący z Ni2+, glicyny i kwasu pirydyno-2-karboksylowego (2-benzoilo-fenylo)-amidu (PBP), 6, okazał się użyteczną platformą do syntezy różnych UAA i jest łatwo dostępny przy użyciu dwuetapowej drogi syntezy. 7 Synteza tego kompleksu jest precedensowa w literaturze pod względem wysokiej wydajności. 6 Nasze wyniki opisane poniżej pokazują możliwość zastosowania warunków hydrolizy z wykorzystaniem EDTA w warunkach pH od umiarkowanie kwaśnego do obojętnego, odpowiednich do użycia z grupami ochronnymi łańcucha bocznego łożysk UAA. Po hydrolizie otrzymany roztwór wodny można wyizolować i natychmiast poddać standardowym warunkom ochrony Fmoc, aby uzyskać aminokwas chroniony przez Fmoc (ryc. 2).

figure-introduction-2
Rysunek 2: Hydroliza i ochrona Fmoc aminokwasu wyizolowanego z Ni-PBP-Gly. Warunki reakcji: i. EDTA (12 ekwiwalentów), pH 4,5; ii. Mycie octanem etylu i dostosowanie do pH 7; iii. Fmoc-OSu (1 odpowiednik), NaHCO3 (2 odpowiedniki). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

1. Hydroliza kompleksu Ni-Schiff-Base

  1. Rozpuścić 1 mmol kompleksu zasady Ni-PBP-Schiff w 40 ml N,N-dimetyloformamidu (DMF), mieszając w kolbie okrągłodennej o pojemności 250 ml w temperaturze pokojowej.
  2. Dodać 60 ml 0,2 M wodnego roztworu EDTA o pH 4,5.
  3. Za pomocą mieszadła magnetycznego i płytki mieszającej mieszaj połączony roztwór przez noc. Gdy kompleks zasad Schiffa zostanie zhydrolizowany, kolor zmieni się z głębokiej czerwieni na biel.
  4. Po zakończeniu reakcji, na co wskazuje brak czerwonego zabarwienia, przenieść reakcję do rozdzielacza o pojemności 250 ml.
  5. Dodać 50 ml dichlorometanu, zakryć rozdzielacz i wymieszać. Odcedź organiczne płyny do zlewki na odpady. Powtórz ten proces trzy razy, aby usunąć PBP i wszelkie pozostałości kompleksu zasad Ni-PBP-Schiffa. Zebrać pozostałą warstwę wodną do kolby okrągłodennej o pojemności 250 ml.

2. Ochrona hydrolizowanego aminokwasu Fmoc

  1. Dostosować izolowaną warstwę wodną z kroku 1.5 opisanego powyżej do pH 7 przy użyciu stałego wodorowęglanu sodu. Okresowo sprawdzaj pH za pomocą pasków testowych pH.
  2. Dodać 168 mg wodorowęglanu sodu (2,00 mmol, 2 ekwiwalenty) do roztworu i wymieszać za pomocą mieszadła magnetycznego i płytki mieszającej.
  3. Rozpuścić 337 mg estru N-hydroksysukcynimidu Fmoc (1,00 mmol, 1 ekwiwalent) w minimalnej ilości dioksanu (około 4 lub 5 ml) w fiolce o pojemności 10 ml. Przenieś ten roztwór do roztworu wodnego i mieszaj przez noc.
  4. Po pozostawieniu reakcji na wymieszanie przez noc, powstały roztwór zakwasić do pH 2 za pomocą 1 M kwasu solnego. Okresowo sprawdzaj pH za pomocą pasków testowych pH.
  5. Przenieść reakcję do rozdzielacza o pojemności 250 ml i dodać 50 ml octanu etylu. Zakryć rozdzielacz separatora, dobrze wymieszać i zebrać warstwę organiczną w kolbie Erlenmeyera o pojemności 250 ml. Powtórz ten proces jeszcze dwa razy, łącząc ekstrakty organiczne. Wysuszyć połączone ekstrakty organiczne około 3 g siarczanu magnezu.
  6. Skoncentrować połączone ekstrakty organiczne za pomocą wyparki obrotowej, aby uzyskać surowy aminokwas chroniony przez Fmoc.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Postawiliśmy hipotezę, że usunięcie Ni2+ z kompleksu Ni-PBP-Gly może pozwolić na efektywną hydrolizę wodnej zasady Schiffa bez potrzeby stosowania trudnych warunków pH. Ponieważ EDTA jest niedrogim i dobrze przebadanym środkiem chelatującym, 10 postawiliśmy hipotezę, że dodanie EDTA do roztworu Ni-PBP-Gly ułatwiłoby chelatację jonów Ni2+, promując w ten sposób hydrolizę kompleksu.

Ab...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Opisany powyżej protokół jest przydatny ze względu na jego zdolność do ułatwiania izolacji szkieletu aminokwasowego z kompleksu zasad Ni-Schiffa w łagodnych warunkach pH, a następnie ochrony Fmoc tego wyizolowanego aminokwasu poprzez dwa krytyczne etapy. Pierwszy krok polega na wymieszaniu roztworu DMF/wody zawierającego EDTA, aby ułatwić uwalnianie aminokwasu z kompleksu. Pozostałości złożonych lub organicznych produktów ubocznych można łatwo usunąć za pomocą ekstrakcji. Drugi etap tego protokołu polega na ochronie Fmoc...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

Finansowanie zapewnione przez Uniwersytet Slippery Rock. Chcielibyśmy podziękować T. Boronowi III (Slippery Rock University) i C. Haneyowi (University of Pennsylvania) za ich spostrzeżenia.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Ni-PBP-GlyZsyntetyzowany z opublikowanego protokołu
DMFFisherD119-4
EDTAFisherS311-100
DichlorometanAcrosAC610050040
Wodorowęglan soduFisherS233-500
Fmoc-OSuChem-Impex"00147"
DioksanFisherD111-500
Kwas solnyFisherA144-500
Octan etyluAcrosAC610060040
Siarczan magnezuFisherM65-500
ZEOPrep 60ECO Żel krzemionkowyZEOChem
HeksanyFisher3200250.650.443
chromatograficzna
Paski
Parownik
250 ml Lejek
250 ml Kolba
Mieszadło
Płytka
Kolumna testowe pHobrotowyseparatoraokrągłodenna mieszająca

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wang, J., Shi, T., Deng, G., Jiang, H., Liu, H. Highly Enantio- and Diastereoselective Mannich Reactions of Chiral Ni(II) Glycinates with amino sulfones. Efficient asymmetric synthesis of aromatic α,β-diamino acids. J. Org. Chem. 73 (21), 8563-8570 (2011).
  2. Wang, J., Lin, D., Zhou, S., Ding, X., Soloshonok, V. A., Liu, H. Asymmetric synthesis of sterically and electronically demanding linear ω,-trifluoromethyl containing amino acids via alkylation of chiral equivalents of nucleophilic glycine and alanine. J. Org. Chem. 76 (2), 684-687 (2011).
  3. Wang, J., Zhou, S., Lin, D., Ding, X., Jiang, H., Liu, H. Highly diastereo- and enantioselective synthesis of syn-β,-substituted tryptophans via asymmetric Michael addition of a chiral equivalent of nucleophilic glycine and sulfonylindoles. Chem. Commun. 47 (29), 8355-8357 (2011).
  4. Belokon, Y. N. Highly efficient catalytic synthesis of α,-amino acids under phase-transfer conditions with a novel catalyst/substrate pair. Angew. Chem. Int. Ed. 40 (10), 1948-1951 (2001).
  5. Zhou, S., Wang, J., Lin, D., Zhao, F., Liu, H. Enantioselective synthesis of 2-substituted-tetrahydroisoquinolin-1-yl glycine derivatives via oxidative cross-dehydrogenative coupling of tertiary amines and chiral nickel(II) glycinate. J. Org. Chem. 78 (22), 11204-11212 (2013).
  6. Belokon, Y. N. Synthesis of α,-amino acids via asymmetric phase transfer-catalyzed alkylation of achiral nickel(II) complexes of glycine-derived Schiff bases. J. Am. Chem. Soc. 125 (42), 12860-12871 (2003).
  7. Ueki, H., Ellis, T. K., Martin, C. H., Soloshonok, V. A. Efficient large-scale synthesis of picolinic acid-derived nickel(II) complexes of glycine. Eur. J. Org. Chem. 2003 (10), 1954-1957 (2003).
  8. Dener, J. M., Fantauzzi, P. P., Kshirsagar, T. A., Kelly, D. E., Wolfe, A. B. Large-scale syntheses of Fmoc-protected non-proteogenic amino acids: useful building blocks for combinatorial libraries. Org. Process Res. Dev. 5 (4), 445-449 (2001).
  9. Cruz, L. J., Beteta, N. G., Ewenson, A., Albericio, F. "One-pot", preparation of N-carbamate protected amino acids via the azide. Org Process Res. Dev. 8 (6), 920-924 (2004).
  10. Hart, J. R. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. (2000).
  11. Adamson, J. G., Blaskovich, M. A., Groenevelt, H., Lajoie, G. A. Simple and convenient synthesis of tert-butyl ethers of Fmoc-serine, Fmoc-threonine, and Fmoc-tyrosine. J. Org. Chem. 56 (10), 3447-3449 (1991).
  12. Seyfried, M. S., Lauber, B. S., Luedtke, N. W. Multiple-turnover isotopic labeling of Fmoc- and Boc-protected amino acids with oxygen isotopes. Org. Lett. 12 (1), 104-106 (2010).
  13. Bonke, G., Vedel, L., Witt, M., Jaroszewski, J. W., Olsen, C. A., Franzyk, H. Dimeric building blocks for solid-phase synthesis of α,-peptide-β,-peptoid chimeras. Synthesis. 2008 (15), 2381-2390 (2008).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Ni Schiff BaseUnnatural Amino AcidsAcid Labile Protecting GroupsFmoc ProtectionAmino Acid HydrolysisEDTA HydrolysisSide Chain Protecting GroupsSolid Phase Peptide SynthesisNickel Complex IsolationMild pH Conditions

Powiązane artykuły