Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Синтез растворимой в воде металлоорганические сложный комплекс

10.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/54513

⸱

8 октября 2016 г.

 ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

Представлен потенциальный общий метод синтеза водорастворимых мультиметаллических пептидных массивов, содержащих заданную последовательность металлических центров.

Аннотация

Мы демонстрируем метод синтеза водорастворимой мультиметаллической пептидной матрицы, содержащей заранее заданную последовательность металлических центров, таких как Ru(II), Pt(II) и Rh(III). Соединение, названное водорастворимым металл-органическим комплексом (WSMOCA), получают путем 1) традиционного химического препарата соответствующих металлических комплексных мономеров, имеющих защищенную 9-фторнилметилоксикарбонилом (Fmoc) аминокислотную группу, и 2) их последовательного связывания с другими водорастворимыми органическими строительными единицами на поверхностно функционализированной полимерной смоле путем следования процедурам, первоначально разработанным для твердофазного синтеза полипептиды, с соответствующими модификациями. Следы реакций, определенные с помощью масс-спектрометрического анализа на этапах репрезентативного сопряжения на стадии 2, подтверждают избирательное построение заранее определенной последовательности металлических центров вместе с пептидным каркасом. WSMOCA, отщепленный от смолы в конце стадии 2, имеет определенный уровень растворимости в водных средах, зависящий от значения pH и/или содержания солей, что полезно для очистки соединения.

Введение

Контролируемый синтез сложных молекулярных структур всегда была одной из основных проблем в синтетической химии. С этой точки зрения, для синтеза многоядерные гетерометаллические комплексов в проектируемый моды все еще является достойным предметом быть оспорены в области неорганической химии, так как из числа возможных структурных исходов от лиганд-металлирования на основе подхода, который обычно используется для получение мономерных комплексов металлов. Хотя несколько примеров многоатомных гетерометаллическим комплексов сообщалось до сих пор 1,2,3, то методом проб и ошибок или трудный характер их синтеза вызывает необходимость разработки простого способа , который применим для широкого диапазона структур.

Как новый подход к решению этой проблемы, в 2011 году мы сообщали о методологии синтеза 4,5 , где различные мононуклеарных комплексы металлов , имеющие Fmoc-защищенный фрагмент аминокислоты последовательно соединен с получением несколькихметаллические пептидные массивы, используя протоколы твердофазного синтеза полипептидной 6. Из-за последовательного характера синтеза полипептида, определенная последовательность из нескольких металлических центров рационально проектируемый, контролируя количество и порядок сочетания реакций этих металлов сложных мономеров. В дальнейшем этот подход был дополнительно модульным , чтобы сделать различные крупные и / или разветвленные структуры массива путем объединения с ковалентной связью между двумя более короткими массивами 7.

Здесь мы покажем , как синтез таких multimetallic пептидных массивов обычно работает путем выбора недавно сообщили WSMOCA (1 8 CAS RN 1827663-18-2, рисунок 1) в качестве показательного примера. Хотя синтез одного конкретного массива описывается в данном протоколе, те же самые процедуры применимы к синтезу широкого спектра различных последовательностей, в том числе изомеров 9. Мы ожидаем, что эта протоCol будет вдохновлять больше исследователей участвовать в науке о последовательности контролируемых соединений, где молекулы исследуемого до сих пор, как правило, были биополимеры, но редко включают примеры металлокомплексных на основе видов.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Получение металлического комплекса Мономеры (2 CAS RN 1381776-70-0, 3 CAS RN 1261168-42-6, 4 CAS RN 1261168-43-7; Рисунок 1)

  1. Получение Ru мономера 2
    1. Смешивают предшественник органического (5 9 CAS RN 1381776-63-1; рисунок 1) (380 мг, 0,48 ммоль) и [Ru (р -cymene) Cl 2] димер (224 мг, 0,37 ммоль) с мешалкой при аналогово 100 мл одного-образным вырезом с круглым дном колбу.
    2. Добавить метанол (MeOH) (25 мл) к смеси, подключить конденсатор к соединению колбы, и перемешивают суспензию при температуре 65 ° С в течение 3 ч в масляной бане с контролируемой температурой.
    3. Охлаждают реакционную смесь до комнатной температуры и Суспензию фильтруют через фильтровальную бумагу с помощью отсоса.
    4. Промывают осадок на фильтре тщательно МеОН до тех пор, пока фильтрат не станет бесцветным визуально и высушивают остаток при пониженном давлении.
    5. Объедин ют этот остаток и 4 '- (4-метилфенил) -2,2': 6 &# 39;, 2 "-terpyridine (216 мг, 0,68 ммоль) с мешалкой в ​​100 мл одного-образным вырезом с круглым дном колбу.
    6. Добавить MeOH (22,5 мл) и воды (2,5 мл) к смеси, подключить конденсатор к соединению колбы, и перемешивают суспензию при 70 ° С в течение 16 часов.
    7. Охлаждают реакционную смесь до комнатной температуры и фильтруют суспензию.
    8. Высушивают остаток на фильтре при пониженном давлении и растворяют его в диметилсульфоксиде (ДМСО) (3 мл).
    9. Добавить раствор ДМСО медленно избытком этилацетата (EtOAc).
    10. Фильтр полученной суспензии в, промывать осадок на фильтре с помощью EtOAc, и сушат под пониженным давлением.
  2. Получение Pt мономера 3
    1. Смешивают предшественник органического (6 4 CAS RN 1261168-39-1; рисунок 1) (360 мг, 0,50 ммоль) и Pt (циклоокта--1,5-диен) Cl 2 (195 мг, 0,52 ммоль) с мешалкой в 100 мл одного-образным вырезом с круглым дном колбу.
    2. Добавить MeOH (15 мл) к смеси, подключить конденсатор к соединению колбы, и перемешивают суспензию при температуре 65 ° С в течение 12 часов.
    3. Охлаждают реакционную смесь до комнатной температуры и фильтруют суспензию.
    4. Промывают осадок на фильтре тщательно метиловым спиртом и сушат под пониженным давлением.
  3. Получение Rh мономера 4
    1. Объединяют органические предшественника (6; рисунок 1) (360 мг, 0,50 ммоль) и RhCl 3 · 3H 2 O (137 мг, 0,52 ммоль) с мешалкой в 100 мл одного горловую круглодонную колбу.
    2. Добавить MeOH (50 мл) к смеси, подключить конденсатор к соединению колбы, и перемешивают суспензию при температуре 65 ° С в течение 12 часов в атмосфере N 2.
    3. Охлаждают реакционную смесь до комнатной температуры и фильтруют суспензию.
    4. Промывают осадок на фильтре тщательно метиловым спиртом и сушат под пониженным давлением.

    4. 2. Получение водорастворимых металлоорганического комплекса Массив 1

    1. Fmoc Деблокирование из TG Зибер смолы
      1. Объединить в оплаченный Т.Г. Sieber смолу (135 мг) с мешалкой в 10 мл 2-горлую колбу объемом подшипником слив в нижней части , снабженной стеклянным фильтром и 2-ходовым запорным краном (фиг.2А). Подключение 3-полосная запорный кран и стеклянной пробкой для суставов колбы.
      2. Обмен внутренней атмосферы с N 2 с помощью вакуумной линии, а затем раздувают смолу безводный класса дихлорметана (CH 2 Cl 2) (1 мл) (рис 2b).
      3. Добавить безводный класса диметилформамид (ДМФ) (3 мл) и пиперидин (1 мл) в данном порядке и перемешивали смесь в течение 2,5 ч при комнатной температуре.
      4. Удалить раствор путем фильтрации через дренажное. Промыть смолу с помощью безводного сорта MeOH (3 мл, 3 мин перемешивания) и безводного класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3мин перемешивание) попеременно в три раза , а затем безводный класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивание) в четыре раза (фиг.2с).
      5. Соединить все решения , полученные в 2.1.4 и разбавить их смесью ацетонитрил (CH 3 CN) до объема 50 мл. Перенесите аликвоту (1 мл) полученного раствора в кварцевую кювету с оптической длиной 1 см и разбавить его с CH 3 CN (2 мл).
      6. Определить количество молей разблокированному Fmoc фрагмента (F мкмоль) на основе коэффициента экстинкции пиперидин-dibenzofulvene аддукт (6,234 при 299 нм) 10 и спектроскопически полученную оптическую плотность (а) раствора , полученного с помощью протокола 2.1.5 в соответствии с таблицей уравнение:
        е = 0,05 х 10 6 х 3 х а / 6234
    2. Загрузка Ru мономера 2
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (2,5 мл), Ru мономер 2 (64,9 мг, 53,2 мкмоль), 2- (1Н-бензотриазол-1-ил) -1,1,3,3-тетраметилурони (HBTU) (30,3 мг, 79,8 мкмоль), безводный класса ДМСО (2,5 мл ), и N, N - диизопропилэтиламина (I Pr 2 Сетчатый) (20 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре (рис 2d).
      2. Удалить раствор путем фильтрации через дренажное. Промыть смолу с безводной класса ДМСО (3 мл, 5 мин перемешивания) три раза, безводного сорта MeOH (3 мл, 3 мин перемешивания) и безводного класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивания) поочередно три раза и безводного класса СН 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивание) в три раза.
      3. Добавить безводный класса CH 2 Cl 2 (5 мл), бензойную ангидрид (0,28 г, 1,5 ммоль) и N метилимидазол (0,10 мл, 1,5 ммоль) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смолы и размешатьсмесь в течение 2 ч при комнатной температуре.
      4. Удалить раствор путем фильтрации через дренажное. Вымойте смолы с безводной класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивания) и безводного-класса MeOH (3 мл, 3 мин перемешивания) поочередно три раза , а затем с безводной класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивания) в три раза.
      5. Повторите протоколы , как описано в 2.1.3-2.1.6 для количественного определения мол количества загруженного мономера Ru 2.
    3. Загрузка Fmoc- и боковой остаток трет-бутилового эфира (т Bu) охраняемыми (L) -glutamic кислоты (Glu) (7 CAS RN 71989-18-9; Рисунок 1)
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (4,5 мл), Glu · H 2 O (39,4 мг, 88,8 мкмоль), HBTU (50,5 мг, 133,2 мкмоль), безводного класса ДМСО (0,5 мл), и я Pr 2 ЧИСТАЯ ( 50 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной Temperature (рис 2д).
        Примечание: Суммы Glu · H 2 O и HBTU постепенно снизилась с шагом 2,3 до 2,7 , чтобы держать их стехиометрии реактивной функциональности -NH 2 на постоянной смолы.
      2. Повторите протоколы, как описано в 2.2.2-2.2.4.
      3. Возьмем небольшую часть смолы из колбы и поместить его в смеси трифторуксусной кислоты (CF 3 CO 2 H) (2,5 мкл), триэтилсилан (Et 3 SiH) (0,5 мкл), и 1,2-дихлорэтана ( 47 мкл). Разрушать ультразвуком смесь в течение 0,5 ч и использовать полученный раствор для масс - спектрометрии 4,7,8,9 (рис 3а).
      4. Повторите протоколы, как описано в 2.1.3-2.1.6 для количественного определения мол количества загруженного Glu.
    4. Загрузка Pt мономера 3
      1. Добавить безводный-класс ДМСО (4,5 мл), мономер Pt (32,9 мг, 33,3 мкмоль), HBTU (18,9 мг, 50,0 мкмоль), безводный класса CH 2Cl 2 (0,5 мл), и I Pr 2 NEt (20 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре (рис 2F).
      2. Повторите протоколы , как описано в 2.2.2-2.2.5 для количественного определения мол количество загруженного мономера Pt 3.
    5. Загрузка Glu
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (4,5 мл), Glu · H 2 O (27,8 мг, 62,9 мкмоль), HBTU (35,8 мг, 94,4 мкмоль), безводного класса ДМСО (0,5 мл), и я Pr 2 ЧИСТАЯ ( 50 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре.
      2. Повторите протоколы , как описано в 2.3.2-2.3.4 (рис 3b).
    6. Загрузка РЗ мономера 4
      1. Добавить безводного класса ДМСО (4,5 мл), Rh мономера 4 (21,8 мг, 23,3 мкмоль), HBTU (13,3 мг, 35,0 мкмоль), безводного класса CH 2 Cl 2 (0,5 мл), и я Pr 2 NEt (20 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытой смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре (рис 2 г).
      2. Повторите протоколы, как описано в 2.2.2.
      3. Повторите протоколы, как описано в 2.6.1.
      4. Повторите протоколы , как описано в 2.2.2-2.2.5 для количественного определения мол количество загруженного мономера Rh 4.
    7. Загрузка Glu
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (4,5 мл), Glu · H 2 O (20,4 мг, 46,0 мкмоль), HBTU (26,2 мг, 69,0 мкмоль), безводного класса ДМСО (0,5 мл), и я Pr 2 ЧИСТАЯ ( 50 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре.
      2. Повторите протоколы, как описано в 2.3.2-2.3.4 (3в).
    8. Загрузка 2- [2- (2-метоксиэтокси) этокси] уксусная (ТЭГ) кислота (8 CAS RN 16024-58-1; Рисунок 1)
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (3 мл), ТЭГ кислоту (14 мкл, 91,0 мкмоль), HBTU (51,7 мг, 136,5 мкмоль), безводного класса CH 2 Cl 2 (2 мл), и я Pr 2 ЧИСТАЯ ( 50 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре.
      2. Удалить раствор путем фильтрации через дренажное. Промыть смолу с безводной класса ДМСО (3 мл, 5 мин перемешивания) два раза, безводного сорта MeOH (3 мл, 3 мин перемешивания) и безводного класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивания) поочередно три раза и безводного класса СН 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивание) в три раза.
    9. Отщепление от полимера в конце твердофазного синтеза
      1. мытьсмола диэтиловым эфиром (4 мл, 5 мин перемешивания) три раза, сушат под вакуумом, и набухают его с безводной класса CH 2 Cl 2 (1 мл, 5 мин перемешивания).
      2. Добавить смесь CF 3 CO 2 H (0,1 мл), Et 3 SiH (20 мкл) и 1,2-дихлорэтане (1,9 мл) к суспензии и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре.
      3. Удалить раствор путем фильтрации через слив, добавить новую смесь CF 3 CO 2 H (0,1 мл), Et 3 SiH (20 мкл) и 1,2-дихлорэтане (1,9 мл) к смоле, и перемешивали смесь в течение 1 ч при комнатной температуре.
      4. Повторите шаг 2.9.3 , пока раствор становится визуально бесцветная (рис 2ч).
      5. Смешайте все решения, полученного с помощью протоколов 2.9.2-2.9.4 и проанализировать содержание полученного раствора с помощью масс - спектрометрии (4,7,8,9 рис 3d).
      6. Удаления летучих видов раствора путем evaporatioп и остаток растворяют в смеси CF 3 CO 2 H (0,2 мл), Et 3 SiH (40 мкл) и 1,2-дихлорэтана (3,8 мл).
      7. Смесь перемешивают в течение 24 ч при комнатной температуре и анализируют содержание полученного раствора с помощью масс - спектрометрии с 4,7,8,9 , чтобы подтвердить полное удаление защитных групп трет Bu групп в боковых остатках 1 (рисунок 3e).
      8. Удаления летучих видов раствора путем выпаривания.
    10. Очистка 1
      1. Разрушать ультразвуком твердый остаток, полученный по протоколу 2,9 в CH 2 Cl 2 и сливают раствор. Повторите этот процесс, пока раствор переливать не станет визуально бесцветная.
      2. Проанализировать содержание полученного твердого остатка с помощью масс - спектрометрии с 4,7,8,9.
      3. Промойте остаток МеОН (100 мкл / 10 мг) с озвучивания, сливают раствор, и проанализировать содержание результирующая sOlid остаток с помощью масс - спектрометрии с 4,7,8,9.
      4. Растворяют остаток (1 мг) в смеси CH 3 CN (90 мкл) и воды (10 мкл) с помощью обработки ультразвуком и комбинировать полученный раствор с фосфатным буфером (800 мкл, 10 мМ, рН = 7,4). Разрушать ультразвуком смесь и инкубировать при 37 ° С в течение 24 ч.
      5. Извлечение цветных видов в декантации надосадочной жидкости со смесью 1,2-дихлорэтане (500 мкл), CH 3 CN (20 мкл) и CF 3 CO 2 H (20 мкл). Анализ экстракта методом масс - спектрометрии 4,7,8,9 (рис 3F).
      6. Повторите экстракции до водной фазы становится визуально бесцветным. Объединяют органические растворы и удаления летучих соединений путем испарения.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

На рисунке 1 показаны молекулярные структуры конечных целевого соединения, предшественников и промежуточных продуктов . На рисунке 2 представлены изображения смолы и Рисунок 3 показывает масс - спектры MALDI-TOF образцов на отдельных этапов процедуры. Изображения из фиг.2а-2h показаны изменения в цвете и внешнем виде смолы , что он подвергается во время стадии реакции , в разделе 2 протокола. MALDI-TOF м...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Идеальное удаление нежелательных химических веществ из смолы не всегда можно просто промывкой растворителями, которые могут легко растворяться эти химические вещества. Ключевой метод эффективного мыть смолы, чтобы вызывать его набухание и усадку, так что повторно химические вещества, остающиеся внутри будут вытеснены. Именно поэтому смола в нашей процедуре обрабатывают CH 2 Cl 2 и MeOH попеременно , как он промывается (например, протокол 2.1.4).

В результате по...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была поддержана Инициативой Международного исследовательского центра World Premier (WPI) по наноархитектонике материалов и грантом в помощь сложным поисковым исследованиям (No 26620139), оба из которых были предоставлены MEXT, Япония.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Дихлор(1,5-циклооктадиен)платина(II)TCID3592
Тригидрат хлорида родия(III)Kanto Chemical36018-62
Фосфат буферизованный солевой раствор, таблеткаSigma AldrichP4417-50TAB 
NovaSyn TG Sieber смолаNovabiochem8.55013.0005
HBTUTCIB1657
Бензойский ангидридKanto Chemical04116-30
Трифторуксусная кислотаKanto Chemical40578-30
ТриэтилсиланTCIT0662
2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусная кислотаSigma Aldrich407003Dried over 3 Å сита
DithranolWako Pure Chemical Industries191502
N-метилимидазолTCIM0508
ПиперидинKanto Chemical32249-30
4'-(4-метилфенил)-2,2':6',2"-терпиридинSigma Aldrich496375
Диметилсульфоксид дегидратированный KantoChemical10380-05 
Метанол обезвоженный маркиKanto Chemical25506-05 
Дихлорметан обезвоженный дегидратированный KantoChemical11338-84
MeOHKanto Chemical25183-81 
ДиметилсульфоксидKanto Chemical10378-70
ЭтилацетатKanto Chemical14029-81
АцетонитрилKanto Chemical01031-70 
1,2-дихлорэтанKanto Chemical10149-00
Диэтиловый эфирKanto Chemical14134-00 
ДихлорметанKanto Chemical10158-81

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Твердофазный синтезпептидный микромассивмономеры на основе металлокомплексовFmoc-защищенная аминокислотапоследовательное сочетаниемасс-спектрометрический анализводорастворимое соединениеполимерная смоларутениевый мономер
Синтез растворимой в воде металлоорганические сложный комплекс
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.