Представлено простое, недорогое и новое устройство для синтеза твердофазных пептидов в коммерческом микроволновом реакторе.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Представлено простое, недорогое и новое устройство для синтеза твердофазных пептидов в коммерческом микроволновом реакторе.
Представлена аппаратура собственного производства для синтеза твердофазных пептидов (ПППС) с помощью микроволнового облучения и нагрева. В отличие от обычных реакционных сосудов SPPS, которые выводят растворитель и побочные продукты через фритту, расположенную на дне сосуда, в представленном аппарате используется газодисперсионная трубка под вакуумом для удаления растворителя, побочных продуктов и избытка реагентов. Та же газодисперсионная трубка обеспечивает газообразное перемешивание азота шариков СППС на этапах реакции соединения и снятия защиты. Микроволновый нагрев полезен для SPPS-соединений стерически препятствующих остатков, таких как альфа-аминоизомасляная кислота (Aib), альфа-диалкилированный аминокислотный остаток. Этот самодельный аппарат был использован для получения, с помощью ручных методов Fmoc SPPS, гептамерных и октамерных пептидов с преобладанием остатка Aib, который, как известно, трудно соединить в стандартных условиях комнатной температуры и реагентах. Кроме того, типичные коммерческие микроволновые реакторы SPPS предназначены исключительно для синтеза SPPS, что делает их недоступными для пользователей, не использующих SPPS. В отличие от этого, представленный аппарат сохраняет универсальность микроволнового реактора для обычного микроволнового ускорения химических реакций, так как аппарат тривиально удален от коммерческого микроволнового реактора.
Внедрение компанией Merrifield в 1960-х годах технологии синтеза твердофазных пептидов SPPS произвело революцию в пептидном и химическом синтезе и было справедливо удостоено Нобелевской премии по химии 1,2. В последующие десятилетия многие исследователи усовершенствовали оригинальные методы Меррифилда, что привело к двум альтернативам, которые доминируют в практике SPPS: на основе флуоренилметоксикарбонила (FMOC) и на основе трет-бутилоксикарбонила (BOC)3. Для окончательного расщепления пептида из твердой смолы в FMOC требуется коктейль, содержащий трифторуксусную кислоту, по сравнению с HF для методов BOC, что делает методы, основанные на FMOC, предпочтительным выбором многих лабораторий.
Современные методы SPPS иногда сталкиваются с проблемами из-за желаемых последовательностей. В последние годы были достигнуты успехи, преодолевшие некоторые специфические проблемы, связанные с агрегацией4, образованием дикетопиперазина5 и остатками N-метилированных аминокислот6. В целях оптимизации выхода муфты были исследованы тысячи реагентов и добавок для муфт7. В частности, активация карбоновой кислоты с помощью COMU 8,9 или фторидов кислот 10,11,12, наряду с добавками, такими как Oxyma13 и гидроксибензотриазол (HOBt), была разработана для особо сложных соединений, таких как соединения с α,α-диалкилированными остатками.
Для увеличения выхода продукции для сложных соединений были использованы и другие методы, не основанные на реагентах, включая увеличенное время реакции, «двойное соединение» и нагрев, особенно микроволновый нагрев 14,15,16. Действительно, коммерчески доступные автоматические синтезаторы пептидов, использующие микроволновый нагрев, являются одними из самых коммерчески успешных устройств на рынке, поскольку они ускоряют скорость реакции, улучшают конечную чистоту пептидов и минимизируют отходы растворителей. К сожалению, эти устройства могут быть дорогими, в некоторых случаях они стоят более 100 000 долларов.
Наша лаборатория заинтересована в получении вариаций пептидов, содержащих сильногеликогенный остаток альфа-аминоизобутриевой кислоты (Aib)17,18,19. Из-за стерического препятствия, возникающего из-за диалкилирования его альфа-углерода, Aib, как известно, трудно соединить. Упомянутые выше методы (кислотные фториды, микроволновый нагрев20), а также умная «дипептидная» химия SPPS21 были использованы для адаптации SPPS к задачам связи Aib. Получение димеров Aib без смолы, улучшая общий выход, требует дополнительной влажной химии и повышенных температур (50 °C)21. Кроме того, мы избегаем использования кислотных фторидов Aib из-за токсичной природы фторирующих агентов. К сожалению, в нашей лаборатории отсутствует специализированный автоматизированный синтезатор SPPS на основе микроволнового излучения со специальными реакционными сосудами для необходимого слива побочных продуктов SPPS. Тем не менее, недавний отчет группы Клейдена, демонстрирующий впечатляющие успехи в получении олигомеров на основе Aib с использованием SPPS и микроволнового излучения22, побудил нас адаптировать микроволновую установку CEM Discover SP для синтеза SPPS.
Сначала мы изучили коммерчески доступное дополнение CEM для преобразования микроволнового реактора в ручной SPPS/микроволновый блок23. Помимо стоимости, этот аксессуар потребует от нашего микроволнового блока использования только ручных SPPS. Другие пользователи лаборатории больше не будут иметь доступа к превосходным возможностям микроволнового блока. Поэтому в нашем случае реализация коммерческого аксессуара была признана неприемлемой.
Вместо этого мы собрали, используя сравнительно недорогие компоненты, аппарат для выполнения SPPS с помощью микроволновой печи в миллимолярном масштабе. Приведенный ниже протокол описывает использование простых и сравнительно недорогих компонентов для осуществления ручного управления СППС с помощью микроволновой печи.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Соберите аппарат (Рисунок 1)
ПРИМЕЧАНИЕ: Все компоненты для сборки аппарата находятся в Таблице материалов.
2. Подготовьте реактивы
3. Приготовление пептидной смолы
4. Удаление FMOC
ПРИМЕЧАНИЕ: Смолы доступны с предварительно загруженными различными аминокислотами, защищенными FMOC, предварительно загруженными в виде остатков на С-концевых концах. Поэтому удаление FMOC обычно является первым шагом после набухания смолы.
5. Сопряжение аминокислот FMOC
6. Повторите пептидные циклы SPPS
7. Пептидное расщепление
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Примеры пептидных последовательностей, полученных с помощью нашего аппарата, показаны на рисунках 2 и 3. В таблице 1 приведены использованные нами растворы, параметры СВЧ и смывки. Подтверждение масс-спектрометрии MALDI-TOF представлено на рисунках. Массовое восстановление этих пептидов было выше 80%. Важно отметить, что все эти последовательности имеют множественные связи между соседними альфа-, альфа-диалкилир...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Представленный здесь аппарат использует простой, новый и недорогой метод удаления растворителя, избытка реагентов и продуктов жизнедеятельности, а также добавления газообразного перемешивания азота во время микроволновой SPPS. В отличие от обычных сосудов SPPS, которые вызывают фритту на дне сосуда, представленный аппарат использует газодисперсионную трубку под вакуумом для аспирации сосуда. Таким образом, реакционный сосуд представляет собой обычную пробирку, которая нагревается в месте...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Авторы благодарны за поддержку грантов INSPIRE Университета Фэрфилда, поддержку факультета химии и биохимии Университета Фэрфилда и помощь доктора Дороти Шобчински за ее опыт в управлении лабораторией. Кроме того, авторы выражают благодарность профессорам Джиллиан Смит-Карпентер и Аарону Ван Дайку за дискуссии о пептидах и органическом синтезе. Авторы высоко оценивают поддержку Издательского фонда Колледжа искусств и наук Университета Фэрфилда.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Микроволновый реактор CEM Discover SP | CEM | Снято с производства. Недавно заменён в линейке Discover 2.0 | |
| Диизопропилкарбодиимид (DCC) | TCI America | ||
| Диметилформамид (ДМФ) | Thermo Scientific Chemicals | ||
| Газовая дисперсионная трубка, микро и bbsp; | Chemglass | CG-207-02 | Средняя пористость |
| Микросептум | ChemGlass | CG-3022-20 | Перегородка типа «ЯМР-трубка» |
| Морфолайн | Thermo Scientific Chemicals | ||
| Аминокислоты, защищённые N-Fmoc, | |||
| Oyxma Pure | TCI America | ||
| Колба Эрленмайера с побочным оружием | Различные поставщики | Сбор отходов | |
| «Ти» | Idex | P-713 | ETFE |
| тефлоновая трубка 1/8", | Рестек | 25306 | OD x 0.063" ID, 3 м |
| Пробирка (держатель для реакционного сосуда вне микроволновки) | Различные поставщики | (30 x 175) | |
| Пробирка (реактивный сосуд) | Стекло Корнинга | 9820-25X | Pyrex 25 x 200 мм, без обода и bbsp; |
| Valve | Idex | P-721 | ETFE (2 раза) |
| Wang SPPS смола, 1% связанный дивинилбензол, сетка 100-200 | Продвинутая химическая технология |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.