Síntese de Fase Sólida

A síntese em fase sólida é um método no qual o produto é sintetizado enquanto ligado a um material insolúvel.

A síntese em fase sólida é frequentemente usada para produzir oligômeros e polímeros biológicos, como peptídeos, ácidos nucléicos e oligossacarídeos. Essas moléculas são compostas por cadeias de subunidades moleculares menores, chamadas monômeros. A síntese de um oligômero ou polímero requer muitas etapas, pois os monômeros devem ser adicionados na ordem correta.

Um problema com as sínteses de várias etapas é que a purificação e o isolamento dos produtos estáveis de cada etapa, chamados de produtos intermediários, diminuem o rendimento geral. Na síntese em fase sólida, o produto intermediário permanece ligado ao suporte sólido durante toda a síntese. Isso permite que reagentes, solventes e subprodutos em fase de solução sejam lavados, eliminando a necessidade de purificar e isolar cada produto intermediário entre as etapas.

Este vídeo ilustrará o procedimento para a síntese de peptídeos em fase sólida e apresentará algumas aplicações da síntese em fase sólida em química.

Na síntese em fase sólida, uma molécula é sintetizada em um suporte sólido em uma sequência de reações. Por exemplo, um oligômero ou polímero será sintetizado um monômero de cada vez para formar o produto final. O oligômero ou polímero em crescimento permanece fortemente ligado ao suporte sólido até que seja separado ou clivado do suporte com reagentes.

Cada monômero deve ter pelo menos dois locais de ligação para fazer parte da cadeia polimérica, mas apenas um local de ligação pode estar disponível por vez para garantir que o monômero se ligue ao átomo correto. Isso é conseguido com grupos protetores, que são grupos funcionais que não são reativos durante uma ou mais etapas da síntese. O local de ligação é restaurado, ou desprotegido, tratando a molécula com reagentes específicos para converter o grupo protetor em um grupo funcional reativo.

Para iniciar a síntese em fase sólida, o material de partida é ligado a uma resina especialmente projetada ou polímero insolúvel em seu único local de ligação disponível. Em seguida, o material de partida ligado é desprotegido para permitir a ligação do segundo monômero na cadeia. Em seguida, uma solução do segundo monômero da cadeia é adicionada, juntamente com um agente de acoplamento para facilitar a ligação entre os monômeros.

Uma vez que o segundo monômero se liga ao material de partida, o produto intermediário dimérico resultante é desprotegido. Este processo é repetido até que o oligômero ou polímero alvo se forme. O produto é clivado do suporte sólido em solução, a partir do qual pode ser purificado, isolado e analisado.

A síntese em fase sólida é frequentemente usada para a síntese de peptídeos, que são cadeias de aminoácidos. Os aminoácidos têm um grupo amina, um grupo carboxila e um substituinte, ou 'cadeia lateral'. A amina é inicialmente protegida. Uma vez desprotegida, a amina forma uma ligação peptídica com o grupo carboxila do próximo aminoácido.

Agora que você entende os princípios da síntese em fase sólida, vamos passar por um procedimento para síntese de peptídeos em fase sólida, no qual demonstraremos a adição dos dois primeiros aminoácidos.

Para iniciar o procedimento, conecte um frasco receptor de resíduos a um vaso manual de síntese de peptídeos de 100 mL. Em seguida, coloque 0,360 g de resina de cloreto de 2-clorotritilo no recipiente. Conecte uma linha de gás nitrogênio à pistola do vaso e uma linha de vácuo ao adaptador de mangueira serrilhada.

Adicione 20 mL de dimetilformamida à resina e deixe as esferas de resina inchar por 30 min sob um fluxo de gás nitrogênio. Em seguida, aplique vácuo para drenar o solvente.

Adicione 10 mL de DMF, 1,6 mmol de um aminoácido protegido por Fmoc e 2,5 mL de N,N-diisopropiletilamina ao vaso. Borbulhe sob o gás nitrogênio, que mistura a solução, por 15 min para carregar o aminoácido protegido na resina.

Remova o solvente sob vácuo e execute um segundo carregamento. Após a remoção do solvente, agitar as esferas de resina carregadas três vezes em porções de 10 ml de DMF, drenando cada lavagem para o balão receptor.

Em seguida, adicione às esferas carregadas 10 mL de uma solução a 20% de 4-metilpiperidina em DMF. Borbulhe a mistura por 15 min para remover o grupo Fmoc.

Drenar o solvente e repetir o procedimento de desprotecção. Lave e escorra a resina carregada três vezes, como antes. Armazene as esferas sob solvente até que estejam prontas para a próxima etapa.

Para verificar se o composto carregado foi completamente desprotegido, primeiro coloque 1 a 2 gotas de cada solução de teste Kaiser em dois tubos de ensaio.

Coloque algumas contas carregadas em um tubo de ensaio e aqueça os dois tubos a 110 graus em um banho de óleo. A desproteção é completa se a mistura de resina ficar azul escura a roxa, indicando a presença de grupos amina na mistura.

Para iniciar a etapa de acoplamento, primeiro lave os grânulos com 10 mL de NMP sob um fluxo de gás N2.

Em seguida, adicione 10 mL de NMP, 1,6 mmol do próximo aminoácido protegido por Fmoc, 1,6 mmol do agente de acoplamento HBTU e 2,5 mL de DIPEA à resina carregada.

Borbulhe o gás N2 através da mistura de resina por 30 minutos e, em seguida, drene o solvente. Lave e escorra as esferas com porções de 10 mL de DMF três vezes, como antes.

Repita o teste de Kaiser. O acoplamento ocorreu com sucesso se os grânulos e a solução ficarem amarelos, indicando que nenhum grupo amina está presente.

Em seguida, clive o novo grupo Fmoc com 20% de 4-metilpiperidina em DMF e lave as esferas com porções de 10 mL de DMF. Repita o acoplamento e a desproteção para cada aminoácido restante no peptídeo alvo.

Depois que o último aminoácido for desprotegido e os grânulos de resina forem lavados, adicione 40 mL de solução de clivagem peptídica para separar o produto peptídico da resina.

Borbulhar gás nitrogênio através da mistura de resina por 3 h e, em seguida, recolocar o frasco receptor. Transferir a solução da mistura de resina para o novo balão receptor sob vácuo.

Para gerar o produto final, remova o solvente com um evaporador rotativo.

A síntese em fase sólida é amplamente utilizada em biologia e química. Vejamos alguns exemplos.

A síntese em fase sólida abriu muitas novas vias sintéticas para oligossacarídeos, que são cadeias curtas de monômeros de açúcar simples com importantes papéis biológicos, como armazenamento de energia. Ao contrário das ligações peptídicas, cada ligação entre os açúcares contém um estereocentro. Para sintetizar um oligossacarídeo, não apenas os monômeros devem estar na ordem correta, mas as ligações também devem ter a estereoquímica correta. Técnicas de síntese em fase sólida foram desenvolvidas para acoplar cada monômero por um processo altamente estereosseletivo, que hoje é suficientemente refinado para ser automatizado.

A síntese em fase sólida é uma abordagem comum à química combinatória, que é a prática de sintetizar muitas variantes de um composto em um único processo sintético. A resina carregada pode ser facilmente dividida em porções para reagir com diferentes monômeros ou moléculas. Após cada reação, as porções são lavadas e recombinadas. Isso é repetido até que o número desejado de produtos seja gerado. Essa técnica é particularmente útil na pesquisa farmacêutica, pois pode ser usada para gerar novos compostos ou para avaliar a reatividade de um composto com uma ampla gama de moléculas.

Você acabou de assistir à introdução de JoVE à síntese de fase sólida. Agora você deve entender os princípios subjacentes da síntese em fase sólida, o procedimento para a síntese de peptídeos em fase sólida e alguns exemplos de como a síntese em fase sólida é usada em química orgânica. Obrigado por assistir!