Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

توليف البببتيدات الحاملة للمعلومات والتجميع الذاتي الديناميكي المنضدي الموجه للتسلسل

Published: February 6, 2020 doi: 10.3791/60442
Automatic Translation
1, 1, 2,3
1Department of Chemical Engineering, University of Michigan, 2Department of Chemical Engineering, Monash University, 3Department of Materials Science and Engineering, Monash University

Summary

يتم تقديم بروتوكول لتركيب أوليغوس اتبرويد مشفرة بالمعلومات وللتجميع الذاتي الموجه للتسلسل من هذه الببيدويدات في سلالم جزيئية باستخدام الأمينات والألدهيدات كأزواج ديناميكية متفاعلة التكافؤ ولويس الحمضية النادرة الأرض المضخات المعدنية ككواشف متعددة الأدوار.

Abstract

يعرض هذا البروتوكول استخدام الكواشف متعددة الأدوار الحمضية لويس للتحايل على الملائمة الحركية التي لوحظت أثناء التجميع الذاتي لخيوط القلة المشفرة بالمعلومات بوساطة تفاعلات ديناميكية زوجية مقترنة بطريقة تحاكي الدراجات الحرارية المستخدمة عادة للتجميع الذاتي لتسلسلات الحمض النووي النووي التكميلي. يتم استخدام مونومرات الأمين الأولية التي تحمل ألدهيد وثنائيات قلادة الأمين مع مجموعات الحماية المتعامدة لاستخدامها كأزواج ديناميكية متفاعلة التكافؤ. باستخدام مركب الببتيد الآلي المعدل ، يتم ترميز مونومرات الأمين الأولية في خيوط oligo (peptoid) من خلال تخليق تحت يلومير في المرحلة الصلبة. عند التنقية بواسطة الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC) والتوصيف بواسطة قياس الطيف الكتلي التأين يُتأين بالكهرباء (ESI-MS)، يتم إخضاع القلة المحددة للتسلسل إلى تحميل عالي من ثلاثية معدنية حمضية من Lewis الحمضية والتي تقوم على حد سواء بإزالة الحماية من الـ alde moihyde وتؤثر على توازن الزوج المعتفي بحيث تنفصل الخيوط تمامًا. وفي وقت لاحق، يتم استخراج جزء صغير من حمض لويس، مما يتيح تحديد خيوط تكميلية خاصة بالتسلسل لتشكيل سلالم جزيئية مشفرة بالمعلومات تتميز بمصفوفة بمساعدة قياس الطيف الكتلي بالليزر المسيبة/التأينية (MALDI-MS). يتحايل الإجراء البسيط المبين في هذا التقرير على الفخاخ الحركية التي يتم تجربتها عادة في مجال التجميع المنافلي الديناميكي ويعمل كمنصة للتصميم المستقبلي للبنيات القوية والمعقدة.

Introduction

وقد أتاح التقدم المحرز في التجميع الذاتي، وهي العملية التي تولد بها الوحدات الفرعية الصغيرة أبنية أكبر من خلال مسارات تحركها الدينامية الحرارية، تحكماً أفضل في الهياكل النانوية الكلية وفوق الجزيئية عادة عن طريق استغلال التفاعلات بين الجزيئات مثل التراص ورابطةالهيدروجين1و2و3و4. على وجه الخصوص ، ظهرت الأحماض النووية (أي المتعددة النيوكليوتيدات) كوسائط نانو بناء متعددة بشكل ملحوظ حيث أن كثافة المعلومات العالية التي يوفرها اقتران قاعدة Watson-Crick تسمح بتجميع الهياكل المعقدة الانتقائية للتسلسل4،5. في حين أن القوة المنخفضة بطبيعتها لهذه الروابط العابرة بين الجزيئيات تمكن من إعادة ترتيب الوحدة الفرعية وتصحيح الأخطاء ، فإن الهياكل الناتجة غالبًا ما تكون عرضة للتدهور الحراري والميكانيكي6. في المقابل، تفاعلات حيوية التكافؤ7،8،9، فئة من ردود الفعل القابلة للتهيئة السندات المندرجة التي يمكن عكسها أو إعادة ترتيبها في ظل ظروف خفيفة وقد تم توظيفها مؤخرًا لإنتاج جزيئات معقدة مثل سلالم10،11،12،13، أقفاص14،15،16، وأكوام17، تقدم زيادة قوة السندات والهياكل القوية. ومما يؤسف له أن القدرة على إعادة الترتيب والتحقق من الأخطاء تتضاءل بسبب الانخفاض النسبي في معدلات إعادة ترتيب هذه الأنواع المندمجة، مما يحد من قدرتها على التجميع الذاتي إلى منتجات مرغوبفيها18. لمعالجة هذا الملائمة الحركية ، غالبًا ما يتم استخدام المحفزات أو ظروف رد الفعل القاسية جنبًا إلى جنب مع اللبنات الأساسية البسيطة. هنا، نبلغ عن عملية تتحايل على الملائمة الحركية لتمكين التجميع الذاتي للسلالم الجزيئية من القلة الخاصة بالتسلسل حيث يتم توجيه التهجين بواسطة المعلومات المشفرة في تسلسل بقايا القلة.

وبالنظر إلى إمكانية الوصول الاصطناعية، يتم استخدام البولي (N-alternativeed glycine) (أي الببتيدات) كسلائف oligomeric التي يتم تجميع السلالم الجزيئية منها19. البببيدوتيدات هي ايزومرات هيكلية من الببتيدات التي يتم فيها لصق مجموعات القلادة على النيتروجين الذي يحمله العمود الفقري بدلاً من أن تقترن بالكربون α20. باستخدام تخليق المرحلة الصلبة ، يتم بسهولة تحقيق التنسيب الدقيق لمجموعات القلادة العضوية الديناميكية على طول سلسلة البذبويد ، مما يسمح بتصميم oligomers السلائف التي يمكن أن تتجمع في هياكل فوق جزيئية معقدة21.

يتم استخدام إعادة ترتيب المنصهر الديناميكي للاتصال imine في هذا الإجراء حيث يوفر تفاعل التكثيف المولد للأيمن وسيلة مريحة لتوصيف التجميع الذاتي عن طريق قياس الطيف الكتلي حيث أن كل سند يشكل نتائج في انخفاض كتلة 18 جم/مول22. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تختلف التوازن بين الأمين والمواد المتفاعلة ألدهيد والمنتج ايمين عن طريق تغيير تركيز حمض. على وجه التحديد، وتستخدم ثلاثيات المعادن الأرضية النادرة للتأثير على التوازن، وبالإضافة إلى ذلك إزالة حماية الألديهيد الألدهيدات الأسيتال المحمية من الإيثيلين23،24،25. تجدر الإشارة إلى أن تريفلات السكانديوم يستخدم بالفعل بشكل شائع في مجال التجميع الذاتي المنقافي الديناميكي ، بما في ذلك نجاحه الأخير في المساعدة على تركيب الأطر العضوية العضوية العضوية العضوية (COFs) في درجة حرارة الغرفة26،27. بالإضافة إلى ذلك، فإن الذوبان المتناقض لتسلسل اتّهات القلة (الببتيد) وتريفلات المعادن الأرضية النادرة يمكّن من التحكم في التوازن من خلال استخراج السائل السائل. وتستخدم العملية المبلغ عنها هذه السيطرة للتحايل على الحواجز الحركية التي تحول دون التجميع الذاتي الموجه للمعلومات.

Protocol

تنبيه: العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في هذا البروتوكول هي قابلة للتآكل أو قابلة للاشتعال أو سامة وينبغي أن تستخدم فقط تحت غطاء الدخان الكيميائي. يرجى استخدام معدات الحماية الشخصية المناسبة والاطلاع على جميع أوراق بيانات السلامة ذات الصلة (SDS) قبل الاستخدام.

1. تخليق مونومر

ملاحظة: تم تصنيع الأمينات الأولية وفقًا للنهج المنشورة.

  1. توليف 4-(2-أمينويثل)-N-(allylcarbonyloxy)الفينيلامين (نبلم)25,28
    1. إضافة 5.0 غرام (36.7 مليمول) من 4-(2-أمينويثل)الأنيليين إلى 150 مل من حمض الخليك 10% (محلول مائي، v/v).
      ملاحظة: استخدام حمض ضعيف يتيح حماية انتقائية من الأمين العطرية دون التأثير على الأمين العليفاتي بسبب الفرق الكبير في قيمة فك بين المجموعتين.
    2. إعداد محلول من 4.9 غرام (40.4 مليمول؛ 1.1 مليف.) الكلوروفلورماتي في 150 مل من 1،4-الديوكسان.
    3. الجمع بين الحلول في قارورة أسفل جولة 500 مل مجهزة شريط اثارة المغناطيسي واثارة خليط التفاعل في درجة حرارة الغرفة بين عشية وضحاها.
    4. للعمل حتى رد الفعل، تمييع مع 500 مل من الماء deionized (DI) وغسل مع الأثير ديثيل (Et2O، 300 مل × 3). تجاهل الكسور العضوية.
    5. ضبط المرحلة المائية إلى درجة الحموضة 14 عن طريق إضافة 2 M NaOH (محلول مائي)، واستخراج مع Et2O (150 مل × 3).
    6. الجمع بين الكسور العضوية وغسل مع ماء DI (150 مل × 3).
    7. الجافة أكثر من نا2SO4،ثم تصفية.
    8. تتبخر إلى الجفاف تحت ضغط أقل.
    9. تأكيد هوية المنتج المعزول ، Npam، عن طريق التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR). توقع النتائج التالية: 1H NMR (500 ميغاهرتز، CdCl3) ο: 7.31 (د، J = 8.0 هرتز، 2H، Ar)، 7.14 (د، J = 8.5 هرتز، 2H، Ar)، 6.65 (s، 1H، -NH-)،6.04 - 5.89 (م، 1H، -CH= CH2)،5.36 (dq، J = 17.1، 1.6 هرتز، 1H، -CH= CHH)، 5.26 (dq، J = 10.5، 1.4 هرتز، 1H، -CH = CHH)،4.66 (dt، J = 5.8، 1.5 هرتز، 2H، -CH2-CH = CH2)،2.94 (t، J = 6.8 هرتز، 2H، CH 2-NH2)، 2.70 (t ، J = 6.8 هرتز ، 2H ، -CH2-Ar) ، 1.04 (s، 2H ، -CH2-NH2). 13 C NMR (125 ميغاهرتز، CD3OD) ο:154.85، 137.00، 134.98، 133.51، 129.36، 119.41، 116.92، 65.62، 59.89، 43.47، 38.72.
      ملاحظة: المنتج هو الصلبة الصفراء الخفيفة والعائد العام من 69٪. استخدام المنتج دون مزيد من التنقية.
  2. توليف 4-(1,3-ديوكسيكلابنت-2-yl)benzonitrile29,30
    1. حل 25 غرام (0.19 مول) من 4-سيانوبنزالدهيد في 200 مل من التولوين.
    2. أضف 42.2 مل (0.768 مليمول؛ 4 مواويل) من جلايكول الإيثيلين و0.02 غرام (0.1 مليمول؛ 0.05 مول٪ ) من التولوين-p-حمضالسلفونك إلى خليط التفاعل.
    3. اثارة والارتجاع بين عشية وضحاها في 120 درجة مئوية باستخدام فخ دين ستارك (أي التقطير azeotropic) لإزالة المياه المتولدة أثناء رد الفعل.
    4. بعد اكتمال التفاعل وتبريده إلى درجة حرارة الغرفة، أضف 40 مل من 5٪ NaHCO3 (ث / v) محلول مائي.
    5. استخراج الطبقة العضوية، ويغسل بالماء DI ثلاث مرات.
    6. الجافة أكثر من نا2SO4،ثم تصفية.
    7. تتبخر إلى الجفاف تحت ضغط أقل.
    8. تأكد من هوية المنتج المعزول، من خلال التحليل الطيفي NMR. توقع النتائج التالية: 1H NMR (400 ميغاهرتز، CDCl3) ο:7.67 (د، J = 8.0، 2H، Ar)، 7.59 (د، J = 8.4، 2H، Ar)، 5.84 (s، 1H، CH)، 4.12 - 4.03 (AAаBB، 4H، (CH2O)2). 13 C NMR (100 ميغاهرتز، CDCl3) ο:143.20، 132.34، 127.30، 118.72، 113.02، 102.56، 65.57.
      ملاحظة: المنتج هو الصلبة البلورية البيضاء والعائد العام من 86٪. استخدام المنتج دون مزيد من التنقية.
  3. توليف 4-(1,3-ديوكسيكلابنت-2-yl) بنزيلامين (نبال)29
    1. إعداد محلول من 10 غرام (0.057 مول) من 4-(1،3-dioxacyclopent-2-yl)benzonitrile في 100 مل من Et اللامائية2O.
    2. إضافة بعناية 4.3 غرام (0.11 مول؛ 2 equiv.) من LiAlH4 إلى 100 مل من Et2O اللامائية في قارورة قاع مستديرة عند 0 درجة مئوية. يُحرّك المزيج لإنشاء تعليق مختلط جيدًا وختم النظام تحت جو خامل باستخدام بالون مملوء بالأرجون. إخماد بعناية مع الإيثانول أي LiAlH4 المتبقية على المعدات المستخدمة في الوزن.
      تنبيه: هيدريد الألومنيوم الليثيوم (LiAlH4)هو بيروفور معتدل. التعامل مع الغاز الخامل ة وحماية من الرطوبة.
    3. أضف محلول البنزونتريل 4-(1,3-dioxacyclopent-2-yl) ببطء باستخدام قمع إضافي أو مضخة حقنة مع الحفاظ على خليط التفاعل عند درجة حرارة 0 درجة مئوية.
    4. يُحرّك خليط التفاعل لمدة 4 درجات مئوية عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، يليه 12 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
    5. بعد اكتمال التفاعل وتبريده إلى 0 درجة مئوية ، أضف ببطء 95٪ إيثانول (30 مل). مزيد من التبريد عن طريق إضافة 50٪ الإيثانول في الماء (v/v، 20 مل). ويمكن استخدام فقاعة لمراقبة عملية إخماد.
      ملاحظة: إضافة إضافية Et2O اللامائية حسب الحاجة للحفاظ على معدل اثارة كافية.
    6. فصل supernatant الأثير وتتبخر إلى الجفاف تحت ضغط مخفض.
    7. تصفية النفط الناتج من خلال مرشح حقنة 0.45 ميكرومتر.
    8. تأكيد هوية المنتج المعزول ، NpaI، عن طريق التحليل الطيفي NMR. توقع النتائج التالية: 1H NMR (400 ميغاهرتز، CDCl3 ): 7.44 (د، J = 8، 2H، Ar)، 7.32 (د، J = 8، 2H، Ar)، 5.80 (s، 1H، CH)، 4.14 - 4.0 (AAbbа، 4H، (CH2O)2)،3.87 (s، 2H، -CH2-NH2). 13 C NMR (100 ميغاهرتز، CDCl3) ο:144.53، 136.53، 127.16، 126.77، 103.72، 65.39، 46.35.
      ملاحظة: المنتج هو زيت أصفر والعائد الإجمالي من 70٪. استخدام المنتج دون مزيد من التنقية.
  4. توليف 2-(2-ethoxyethoxy)إيثيل توسيلات29,31
    1. أضف 20 غرام (0.15 مول) من ثنائي إيثيلين جليكول مونوثيل الأثير و 50 مل من رباعي هيدروفوران (THF) إلى قارورة قاع مستديرة 250 مل مع محرّك مغناطيسي.
    2. بارد إلى 0 درجة مئوية وختم النظام تحت جو خامل باستخدام بالون مليئة الأرجون.
    3. إضافة 50 مل من 6 M مائي NaOH (2 equiv.).
    4. حل 54 غرام (0.28 مول؛ 2 equiv.) من كلوريد التول في 80 مل من THF وإضافة الحل إلى خليط التفاعل dropwise. يُحرّك المزيج لمدّة ساعة واحدة عند درجة حرارة 0 درجة مئوية.
    5. السماح للخليط رد فعل للوصول إلى درجة حرارة الغرفة ويحرك لمدة ساعة أخرى.
    6. استخراج خليط التفاعل مع Et2O (400 مل).
    7. غسل الطبقة العضوية مع 1 M NaOH، ثم مع المياه DI.
    8. الجافة أكثر من نا2SO4،ثم تصفية.
    9. تتبخر إلى الجفاف تحت ضغط أقل.
    10. تأكد من هوية المنتج المعزول عن طريق التحليل الطيفي NMR. توقع النتائج التالية: 1H NMR (400 ميغاهرتز، CDCl3) ο: 7.78 (د، J = 8.0، 2H، -S-C = CH-CH)،7.33 (د، J = 8.5، 2H، -S-C = CH-CH)،4.15 (t، J = 5.0، 2H، -CH2-CH2-O-Ts)، 3.68 (t، J = 5.0، 2H، CH2-CH2-O-Ts)،3.60-3.42 (م، 6H، O-CH2-CH2-O-CH2-CH3)،2.43 (s، 3H، C-CH3)،1.17 (t، J = 7.0، 3H، O-CH2-CH3). 13 C NMR (100 ميغاهرتز، CDCl3) ο:144.79، 132.95، 130.26، 129.80، 127.90، 126.95، 70.75، 69.68، 69.29، 68.61، 66.57، 21.56، 15.11.
      ملاحظة: المنتج هو سائل عديم اللون والعائد الإجمالي من 98٪. استخدام المنتج دون مزيد من التنقية.
  5. توليف 2-(2-ethoxyethoxy)إيثيل أزيد29,31
    1. حل 40 غرام (0.14 مول) من 2-(2-ethoxyethoxy)إيثيل tosylate في 250 مل من ثنائي ميثيل فورماميد (DMF) في قارورة قاع مستديرة مع محرّك مغناطيسي. ختم النظام تحت جو خامل باستخدام بالون مملوء بالأرجون.
    2. أضف 32 غرام (0.49 مول؛ 3.5 معادل) من NaN3 إلى خليط التفاعل.
      تنبيه: لا تستخدم ملعقة معدنية عند وزن NaN3. NaN3 قد تتفاعل مع الرصاص والنحاس مما يؤدي إلى تشكيل أزيديس المعادن شديدة الانفجار. وهو سام للغاية وقاتل إذا ابتلع أو في اتصال مع الجلد.
    3. سخني خليط التفاعل إلى 60 درجة مئوية واتركه يعمل لمدة 36 ساعة. ثم تبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
    4. تمييع مع كمية كبيرة من الماء (500 مل) واستخراج مع Et2O (150 مل × 3).
    5. عزل الطبقة العضوية وأداء السُلة المائية.
    6. الجافة أكثر من نا2SO4،ثم تصفية.
    7. تتبخر إلى الجفاف تحت ضغط أقل.
    8. تأكد من هوية المنتج المعزول عن طريق التحليل الطيفي NMR. توقع النتائج التالية: 1H NMR (400 ميغاهرتز، CDCl3) ο: 3.64 (م، 4H، O-CH2-CH2-O)،3.58 (م، 2H, N3-CH2-CH2-O),3.51 (q, J = 7.5, 2H, O-CH2-CH3),3.38 (t, J = 5.0, 2H, N3-CH2-CH2-O),1.19 (t, J = 7.5, 3H, O-CH2-CH3). 13 C NMR (100 ميغاهرتز، CDCl3) ο:70.70، 69.97، 69.80، 66.63، 50.60، 15.08.
      ملاحظة: المنتج هو سائل أصفر والعائد الإجمالي من 85٪. استخدام المنتج دون مزيد من التنقية.
  6. توليف 2-(2-ethoxyethoxy)ethylamine (ني)29,31
    1. حل 20 غرام (0.13 مول) من 2-(2-ethoxyethoxy)إيثيل أزيد في 160 مل من THF في قارورة قاع مستديرة 500 مل مع محرّك مغناطيسي.
    2. إضافة 40 غرام (0.15 مول، 1.1 equiv.) من تريفينيلفوسفين ويحرك بين عشية وضحاها في درجة حرارة الغرفة تحت الأرجون.
    3. إخماد خليط التفاعل بالماء (220 مل) والسماح له باثارة ليوم آخر.
    4. غسل المحلول الناتج مع التولوين، تليها ديكلوروميثان (DCM).
    5. تبخر الطبقة المائية تحت فراغ.
    6. تأكيد هوية المنتج المعزول ، Neee، عن طريق التحليل الطيفي NMR. نتوقع النتائج التالية: 1H NMR (400 ميغاهرتز، CDCl3) ο:3.62-3.42 (م، 8H, NH2-CH2-CH2-CH2-CH2-C-CH3),2.82 (م, 2H, NH2-CH2-CH2-O),1.48 (s, 2H, NH2),1.16 (t, J = 7.5, 3H, O-CH2-CH3). 13 C NMR (100 ميغاهرتز، CDCl3)ο: 73.14، 70.72، 69.64، 66.45، 41.35، 15.00.
      ملاحظة: المنتج هو سائل أصفر والعائد العام من 58٪. استخدام المنتج دون مزيد من التنقية.

2. صلابة المرحلة تركيب تحت مونومر من أوليغو (peptoids)

ملاحظة: تم استخدام نهج submonomer لتركيب المرحلة الصلبة (SPS) لأنه يتيح إنتاج القلة الخاصة بالتسلسل بكفاءة اقتران عالية. تم تكييف المزج البببتيد الآلي لتوليد بسرعة أوليجو (peptoids). قد تتطلب الإعدادات تعديلًا للأجهزة المختلفة.

  1. اعداد
    1. تزن 0.125 غرام من Fmoc-Photolabile SS الراتنج (0.8 mmol / ز تحميل نموذجي، 0.1 mmol مقياس، 100-200 شبكة، 1٪ DVB) وإضافة إلى وعاء رد فعل مركب الآلي fritted. أدخل الوعاء في جزء الميكروويف من المزج.
    2. ملء زجاجة المذيبات الرئيسية مع DMF وزجاجة إزالة الحماية مع 20٪ 4-ميثيل بيبريدين في DMF (v/v). النفايات الفارغة.
    3. إعداد 1 M حلول حمض البرومواتيك وN،n'diisopropylcarbodiimide (DIC) في DMF مع أحجام إجمالية قدرها 1.5 مل × (عدد المخلفات في تسلسل) + 5 مل. يضمن 5 مل إضافية أن أي الهواء يدخل الجهاز. إضافة 0.47 مل من أنهيدريد الخل إلى DMF لجعل حل تغطية 5 مل.
      تنبيه: يمكن أن تسبب DIC تلفًا خطيرًا في العين وتهيجًا في الجلد وتحسيسًا وتهيجًا في الجهاز التنفسي وتوعية.
    4. إعداد 0.5 M حلول كل أمين الأولية (Npam، نبال، ني، ونما (2-ميثوكسيثيلامين)) في N-ميثيل-2-بيرولدون (NMP) المستخدمة لخطوة التشريد. يجب أن يكون إجمالي أحجام حلول الأمين الأولية 2.5 مل × (عدد مخلفات الأمين الأولي المناسب) + 2.5 مل.
    5. إضافة جميع الحلول إلى متعددة المزج الآلي.
  2. توليف
    ملاحظة: تنفيذ باستخدام المزج الببتيد الآلي.
    1. تضخم الراتنج في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقيقة مع 10 مل من DMF. استنزاف وعاء رد الفعل.
    2. تعلي مجموعة Fmoc مع 3 مل من محلول 20٪ 4-ميثيل بيبريدين لمدة 30 s عند 75 درجة مئوية و 90 s عند 90 درجة مئوية. استنزاف السفينة. كرر. يغسل مع DMF (2 مل × 2).
    3. إضافة إلى السفينة 1.5 مل من محلول حمض البروموسيتيك و 1.5 مل من محلول DIC. سخني التفاعل عند 75 درجة مئوية لمدة 4.5 دقيقة لإجراء رد فعل بروموسيتيليشن. غسل الراتنج (5 مل من DMF × 3).
    4. أداء رد فعل النزوح عن طريق إضافة 2.5 مل محلول مونومر الأمين الأولي ة إلى وعاء التفاعل. الحرارة عند 75 درجة مئوية لمدة 4.5 دقيقة غسل الراتنج (5 مل من DMF × 3).
    5. كرر الخطوات 2.2.3. و 2.2.4. في حين استبدال بالتسلسل مونومر الأمين الأولية المستخدمة في الخطوة 2.2.4. لزراعة سلسلة oligo (peptoid) بطريقة محددة التسلسل.
    6. بعد خطوة الإزاحة النهائية، اقطع التسلسل بإضافة 2.5 مل من محلول أنهيدريد الخل و2 مل من حل DIC. الحرارة عند 50 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة. غسل الراتنج (5 مل من DMF × 6).
    7. نقل الراتنج إلى وعاء رد فعل الزجاج fritted مجهزة stopcock 3-اتجاه. يجب أن يكون وعاء التفاعل الزجاجي في السابق سيليكوني لمنع الخرز من التمسك بالجدران. Silanize الجدران عن طريق ملء السفينة مع 5٪ ديكلوروديميثيلسيلان في ديكلوروإيثان (DCE) (v / v) حل إلى الأعلى والسماح لها الجلوس لمدة 30 دقيقة استنزاف السفينة وغسل مع DCE والميثانول. وعاء الزجاج الجاف قبل الاستخدام.
    8. غسل الراتنج مع DCM (5 مل × 3)، محتدما مع N2 من خلال ذراع واحدة وسحب فراغ مع آخر.
    9. الجافة وتخزين الراتنج وتعلق أوليجو (peptoid) حتى إزالة الحماية والانقسام.
  3. Alloc-أمين إزالة الحماية والانقسام من الراتنج
    1. إذا تم تخزين الراتنج لأكثر من يوم واحد، قم بإعادة توجيه الراتنج عن طريق الفقاعات مع 5 مل من DMF لمدة 10 دقيقة. ثم استنزاف السفينة وإضافة شريط اثارة مغناطيسية صغيرة.
    2. أضف 3 مل من DCM الجافة إلى وعاء الببتيد الزجاجي.
    3. تزن 0.1 مكافئات رباعية (تريفينيلفوسفين) البلاديوم (0) و 25 مكافئمن الفينيل في مجموعة Alloc. استخدام المشبك لوضع وعاء رد الفعل في زاوية فوق لوحة اثارة بحيث الراتنج يخضع الانفعالات لطيف في حين تبقى معلقة في المذيبات. لمنع DCM من التبخر، قم بتغليف وعاء التفاعل.
    4. بعد 1 ساعة، تصفية قبالة الحل وغسل الراتنج مع DCM (3 × 5 مل).
    5. كرر الخطوات 2.3.2. و 2.3.3.
    6. شطف الراتنج بالتتابع مع الميثانول وDCM مرتين.
    7. نقل الراتنج وشريط التحريك المغناطيسي إلى قارورة 20 مل.
    8. غمر الراتنج في DMF، واثارة، والتشبث تحت التشعيع لمدة 36 ساعة في ما يقرب من 25mW.cm-2 مع 405 نانومتر. يمكن مخطوة جزء صغير من الراتنج وتتميز في ESI-MS قبل هذه الخطوة لضمان إزالة الحماية الكاملة من الأمين Alloc. إذا بقيت أي مجموعات Alloc، كرر الخطوات 2.3.2 و 2.3.3.
    9. فصل أوليغو المحررة (peptoid) من الراتنج عن طريق مرشح حقنة. إزالة المذيبات تحت فراغ.
  4. تنقية وتوصيف القلة (الببتيد)
    1. إعادة تشكيل الببتيدات في خليط 50/50 من الماء / الأسيتونتريل.
    2. تنقية مع إعادة الطور العكسي HPLC (C18). الجمع بين الكسور المنقى، وتجميد، وlyophilize لإنتاج مسحوق أبيض. يمكن تخزين المسحوق لمزيد من الاستخدام.
    3. تحليل مع ESI-MS بعد التنقية.
    4. أداء قياس الطيف الكتلي MALDI في وضع الأيون الموجب reflectron. مزيج 2 ميكرولتر من محلول العينة (1 مل) مع 6 ميكرولتر من خليط من 10 ملغ من المصفوفة [2-(4-هيدروكسي فينيليازو)حمض البنزويك (HABA)] في 200 ميكرولتر من الأسيتونتريل. بقعة على لوحة عينة MALDI والسماح لجفاف الهواء.
    5. للنقاء، قم بإجراء HPLC التحليلي من القلة النقية (الببتيدات).

3. تسلسل انتقائي سلم التجميع الذاتي

  1. التجميع الذاتي من خلال التفكك / الاستخراج / الصلب
    1. إعداد حلول الأسهم 10 mM من كل أوليجو (peptoid) تسلسل المستخدمة للتجميع الذاتي و10 mM حل الأسهم من ستفلات سكانديوم (Sc (OTf)3)في الأسيتونتريل اللامائي.
    2. إلى قارورة 3 مل مجهزة بشريط التحريك المغناطيسي، أضف 20 ميكرولتر من كل محلول مرق ة ببتيد. أضف 1.5 مكافئ من Sc (OTf)3 لكل سند imine محتمل من حل الأسهم. إضافة ما يكفي من الماء والأسيتونتريل لتشكيل 200 ميكرولتر 2٪ (v/ v) من مجموع محلول الماء / الأسيتونتريل.
    3. يحرك بلطف في 70 درجة مئوية لمدة 2 ساعة لإزالة الحماية من الأسيتال من ألدهيد وتفكك جميع خيوط.
    4. اشحن القارورة بـ 200 ميكرولتر من الكلوروفورم و2 مل من الماء. هز بلطف.
    5. السماح للخليط للوقوف (على الأقل 15 دقيقة) ، وعند فصل المرحلة الكاملة ، واستخراج الطبقة العضوية مع حقنة ميكرولتر.
    6. اثارة في قارورة جديدة في 70 درجة مئوية لالصلب القلة، وعادة 6 ح. يمكن أيضا أن يؤديها التهجين سلم في درجة حرارة الغرفة ولكن على مدى فترة أطول.
  2. توصيف الأنواع التي يتم تجميعها ذاتياً
    1. قم بإجراء قياس الطيف الكتلي MALDI-TOF على مُحلات خليط التفاعل بعد الخطوات 3.1.3. و3.1.5. و3.1.6. لمراقبة رد الفعل. إذا كان التهجين غير مكتمل، أضف 1.5 مكافئ من Sc (OTf)3 لكل سند imine محتمل من حل الأسهم وكرر الخطوات 3.1.3-3.1.6. حتى يكتمل.
    2. جفف العينة تحت تيار ثابت من النيتروجين وإعادة تشكيل في 1 مل من 2٪ حمض النيتريك (محلول مائي، v/v). تمييع 4 × 106أضعاف مع المياه HPLC. تحديد تركيز السكانديوم بعد الاستخراج مع قياس الطيف الكتلي البلازمي المقترن بشكل استقرائي (ICP-MS).

Representative Results

لإثبات قدرة الببتيدات المشفرة بالمعلومات على الخضوع للتجميع الذاتي الديناميكي الانتقائي للتسلسل في سلالم جزيئية ، تم تصنيعها وتوليفها مع تسلسلها الببُعفي التكميلي ، وهو خصلة تمثيلية ، H2N-Ne-Npal-Neee]2- Npam-Nma. تم استخدام مونوميرس Npam و Npal (تتميز بـ 1H NMR (500 MHz) ، الشكل 1) كأزواج ديناميكية متفاعلة التكافؤ مع Neee مما يساعد على ذوبان المنتجات النهائية ذاتية التجميع. وبالإضافة إلى ذلك، فإن إدراج مونومر Nma المتاح تجارياً يتيح التمايز الجماعي بين التسلسلين التكميليين. عند الانتهاء من تخليق submonomer المرحلة الصلبة، تمت إزالة مجموعة Alloc مع Pd (PPh3)4. قبل وبعد إزالة الحماية ، كانت أجزاء من الراتنج متشبثة تحت ضوء 405 نانومتر وتتميز ESI-MS(الشكل 2). تم تنقية التسلسل من قبل الإعدادية HPLC، lyophilized لتحقيق مسحوق أبيض، والنقاء وأكد مع HPLC التحليلية(الشكل 3). تم تهجين أوليجو (peptoid) في وقت لاحق مع تسلسلها التكميلي ، H2N-N-Npal-Neee - Nam-Neee]2- Npal ، لتحمل سلم في التسجيل أكدته MALDI-MS(الشكل 4).

Figure 1
الشكل 1: مخططات مونومر الاصطناعية و1أطياف H-NMR. (أ) مخططات مونومر التركيبية مع الكواشف والشروط: '1' الكلوروفلورماتيا الحليف، 10 في المائة حمض الخليك مائي، 1،4-ديوكسان، درجة حرارة الغرفة، بين عشية وضحاها؛ '2' جلايكول الإيثيلين، حمض التولوين - ف - السلفونيك، التولوين، الجزر، بين عشية وضحاها؛ '3' LiAlH4، اللامائية Et2O ، 0 درجة مئوية لمدة 4 ساعة ثم درجة حرارة الغرفة لمدة 12 ساعة ؛ '4' كلوريد التول، THF، 0 درجة مئوية؛ (v)NaN3،DMF، 60 درجة مئوية، 36 ساعة؛ '6' تريفينيلفوسفين، THF، بين عشية وضحاها. (ب) مونومر 1H-NMR أطياف (500 ميغاهرتز، CDCl3): (1) 4-(2-aminoethyl)-N-(allylcarbonyloxy) الفينيل امين (Npam)؛ '2' 4-(1,3-ديوكساسيكلت-2-yl)بنزيلامين (نبال)؛ '3' 2-(2-ethoxyethoxy)ethylamine (ني). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: توليف وإزالة الحماية من أوليجو تسلسل محددة (peptoid). (أ) هياكل H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma قبل وبعد إزالة مجموعة حماية Alloc مع الطيف الجماهيري المصاحب (B) ESI. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: تنقية وتوصيف الببتيد المشفرة بالمعلومات. (أ) مخطط الكروماتوغرام HPLC لتنقية الخلاب بواسطة HPLC إعدادي مع تدرج خطي من الأسيتونتريل (MeCN) والماء: (1) 30٪ MeCN، 0.1-2.1 دقيقة؛ (2) 30-95٪ MeCN، 2.1-16.1 دقيقة؛ (3) 95٪ MeCN، 16.1-23.1 دقيقة؛ (4) 95٪ MeCN، 23.1-26.1 دقيقة. القمم i و ii تتوافق مع انخفاض الوزن الجزيئي التفاعل الثانوي المنتجات، في المقام الأول DIC-اليوريا، وأنواع القلة بما في ذلك المنتج المطلوب، على التوالي. (ب) مخطط لوني تحليلي لـ HPLC و(C) ESI الطيف الكتلي H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2- Npam-Nma بعد الليوفيلي. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: التجميع الذاتي لH2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma وتسلسله التكميلي، H2N-[Npal-Neee-Nam-Neee] 2-Npal. (أ) هياكل التسلسلين والتجميع الناتج عن ذلك القائم على التسلسل. (ب) الطيف الكتلي MALDI من السلم الجزيئي بعد الصلب في درجة حرارة الغرفة بين عشية وضحاها. الجماهير: المتوقع [M +Na]+ = 3306.7، وجدت 3306.0؛ المتوقع [M-1 imine+Na]+ = 3324.7، وجدت 3323.9؛ المتوقع[M-2 imine +Na]+ = 3342.7، وجدت 3342.8؛ المتوقع[M-2 imine +CH3OH+H]+ = 3352.8، وجدت 3352.0. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

وتصف التقنية الواردة هنا التجميع الدينامي المنصهر للأوليغوسات الببتيدية الحاملة للمعلومات، حيث يتم ترميز المعلومات في تسلسل مجموعات القلادة الخاصة بهم. استخدام مونومر أمين محمي Alloc بالتزامن مع مونومر ألدهيد المحمية من الأسيتال الإيثيلين يسمح بإزالة الحماية المتعامدة ، مما يتيح إزالة الحماية من Alloc على الخرز وإزالة الحماية من الأسيتال في الموقع أثناء رد فعل التجميع الذاتي ، وبالتالي ضمان عدم تفاعل التسلسلات المركبة قبل الأوان قبل تنقية القلة وتوصيفها. الأهم من ذلك، يتم تنفيذ التوليف الصلبة المرحلة باستخدام راتنج photolabile لتمكين انشقاق أوليغومر من عصير تحت الأشعة فوق البنفسجية أو تشعيع الضوء البنفسجي، مما يمنع إزالة الحماية المبكرة من حمض-labile، الاسيتال الاثيلين القائم على مجموعة الحماية. ويمكن النظر في عدة مخططات بديلة لإزالة الحماية. على سبيل المثال، قمنا في البداية بتوظيف مجموعات حماية مزدوجة للحمض-لابيل (Boc-amine والأسيتا-ألدهيد الإيثيلين) بنية إزالة الحماية في الموقع بواسطة حمض قوي يتبعه تحييد للسماح لرد فعل التجميع الذاتي بالمضي قدمًا؛ ومع ذلك ، أدى هذا النهج في التوليد الفوري للتعجيل عند إضافة قاعدة. بدلا من ذلك، كان من المتوخى حماية الأمين مع مجموعة حماية photolabile، 2-(2-النيتروفينيل) بروبوكسيكاربونيل (NPPOC)، كما يمكن إزالة الألدهيد انتقائيا عند العلاج مع حمض ثلاثي فلوريوأواسيتيك (TFA) قبل التنقية. لسوء الحظ ، في التحليل الضوئي في الموقع لمجموعة الحماية مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية لم تتحمل إزالة الحماية الكمية ، حتى في وجود الحساسية الضوئية وبعد فترات إشعاع طويلة25. يمكن استخدام ثلاثي ميثيل الليميثوكسيكاربوكربونيل (أي تيوك) كمجموعة تحمي الأمين ويخضع للانشقاق عند العلاج بثلاثيات المعادن الأرضية النادرة؛ ومع ذلك ، يتطلب إزالة الحماية الكمية Teoc أعلى بكثير من تحميل المعادن النادرة من ذلك الضروري لإزالة الحماية من الإيثيلين الأسيتال. لهذا البروتوكول، يمكن استخدام تيوك-الأمينات، ولكن يجب تعديل تركيز حمض لويس وفقا لذلك كما إزالة الأمين دون الكمية يمكن أن تكون إشكالية لهياكل أكبر تجميعها ذاتيا. تم النظر في مجموعات وظيفية Aliphatic لفترة وجيزة ، ولكن إزالة الحماية من ألدهيدات الأفاتيك يتطلب ظروفًا قاسية تُقطع تسلسلات الببتيد32،33.

إن إدراج الني وNma كمخلفات فاصلة خاملة يعمل على تحسين ذوبان القلة وتمكين وضع علامات كتلة سهلة على القلة السليفة لتحمل التعرف الجاهز على الأنواع المتولدة عن طريق التحليل الطيفي الشامل. وعلاوة على ذلك، نظرا ً للتشكيل "التوليفي" من الببذبوتيدات حيث تعتمد الأجزاء الأساسية المجاورة حالات دورانية معارضة لتشكيل أوليغومر خطي خالٍ من التقلبات34،35، فإن التسلسلات التي تتضمن بقايا فاصلة ديناميكية متناوبة وخاملة تسهل بنية يتم فيها توجيه مجموعات القلادة التفاعلية في نفس الاتجاه. وبالنظر إلى براعة طريقة submonomer ، يمكن استخدام مكتبة كبيرة ومتنوعة من الأمينات الأولية لزيادة تعديل oligomers peptoid ولكن قد تتطلب تعديلات على البروتوكول للحفاظ على كفاءة اقتران عالية.

في حين أن oligo (peptoids) يمكن توليفها يدويا في وعاء تفاعل الزجاج19، أتمتة العملية يقلل من الوقت لكل بقايا إضافة من عدة ساعات إلى نصف ساعة. بالإضافة إلى ذلك، تقلل الأتمتة من كمية المونومر وغسل النفايات المذيبة، وهو أمر مرغوب فيه بشكل خاص عند استخدام مونومرات الأمين الأولية غير المتاحة تجاريًا. على الرغم من أن انشقاق Alloc من بقايا الأمين المحمي هو رد فعل فعال ، يمكن أن يؤدي أكسدة البلاديوم إلى إزالة الحماية غير الكاملة. وبالتالي، يقترح اختبار الرمق جزء من الراتنج وتوصيف مدى إزالة الحماية مع ESI-MS. لاختبار الانقسامات، 30 دقيقة تحت 405 نانومتر النشرات التشعيع كافية لقياس الطيف الكتلي. يمكن أن يقتصر الحماية الجزئية مع استخدام الظروف اللاهوائية أو تكرار رد فعل إزالة الحماية.

في حين أن هذه المقالة تركز على Sc (OTf)3 ككاشف متعدد الأدوار ، فقد ثبت أن الألواح المعدنية النادرة الأخرى ، مثل ytterbium triflate ، تتوسط بنجاح في تجميع سلالم الجزيئية الموجه للمعلومات. وتجدر الإشارة إلى أن Sc (OTf)3 هو أكثر حمضية لويس من الترايثات المعدنية النادرة الأرضية. وبالتالي ، نظرا لانخفاض القدرة الحفازة التي تتيحها غيرها من triflates المعادن النادرة الأرض24،36، قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من المعادلات لتنفيذ إزالة الإيثيلين اسيتال كاملة والتفكك حبلا. ويمكن تحديد عدد المعادلات المطلوبة باستخدام قياس الطيف الكتلي MALDI عن طريق ملاحظة نقطة تنفصل فيها الخيوط تماماً. الانفصام أمر بالغ الأهمية في عملية التجميع الذاتي ويماثل ذوبان خيوط الحمض النووي في درجة حرارة مرتفعة. يتيح الاستخراج اللاحق للمحفز تكوين وتعطيل الاقترانات المزدوجة الديناميكية التي تدفع تجميع الدوبلبلات الخاصة بالتسلسل. هذا الصلب التدريجي من خيوط oligomeric يتحايل على الملائمة الحركية (التي، بالنسبة للسلالم الجزيئية، يمكن أن تسفر عن الأنواع خارج التسجيل أو تسلسل الزوج بشكل غير صحيح) التي تعاني منها أساليب أخرى.

الكلوروفورم هو مذيب ممتاز كفصل مرحلة في نظام الكلوروفورم / الأسيتونتريل / المياه الثلاثية المستخدمة هنا يعزز الاستخراج الجزئي لحمض لويس دون أن يؤدي إلى هطول الأمطار من الهياكل ذاتية التجميع37. بالإضافة إلى ذلك، الكلوروفورم هو واحد من المذيبات القليلة التي تعزز تكوين الإامين مع الحفاظ على ذوبان السلم الجزيئي. ويمكن في كثير من الأحيان ملاحظة كميات ضئيلة من الدوبلز خارج السجل والدوبلز المقترنة بشكل غير صحيح بسبب الطبيعة الدينامية للنظام. وعلى الرغم من أن هذا النظام لا يتأثر إلى حد كبير بالتباين الصغير في تركيزات المعادن الأرضية النادرة عند الاستخراج، فإن عدم كفاية استخراج المحفزات يولد في بعض الأحيان جزءاً كبيراً من التهجين غير الكامل ووصلات القلة غير المحددة. في هذه الحالة ، من الأفضل بشكل عام إعادة الإنفصال أولاً بمكافئات إضافية 1.5 من المحفز ثم استخراج مرة ثانية بدلاً من إعادة استخراجها على الفور ، حيث أن الانفصال الكامل للخيوط المفردة أمر حيوي للعملية. لتجميع عدة سلالم جزيئية فريدة من نوعها مشفرة بالمعلومات في وقت واحد ، قد يكون من الضروري زيادة تركيز محلول مخزون triflate المعدن النادر الأرض المستخدم للحفاظ على مكافئات وحجم التفاعل الكلي.

في حين أن هذه التجميعات الذاتية تتميز في المقام الأول بالقياس الطيفي الكتلي ، فإن التقنيات الأخرى بما في ذلك نقل الطاقة بالرنين الفلوري (FRET) ممكنة. وتشمل القيود كمية المواد اللازمة، والقدرة على تحمل تكاليف المونومرات، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء. التقنيات التي تتطلب المذيبات، مثل 1H NMR، يمكن أن تعاني بالإضافة إلى ذلك من عدم قابلية الذوبان من الهياكل التي تم تجميعها ذاتيا. وعلاوة على ذلك، يمكن تحديد تركيزات المعادن النادرة بعد الاستخراج من خلال أساليب مثل ICP-MS أو 19NMR مع معيار داخلي.

ومع تقدم التقدم نحو تحسين السيطرة على الهياكل النانوية والمواد الكلية وفوق الجزيئية، ينشأ التحدي المتمثل في تصميم وتلفيق التجميعات العادية، ولكن القابلة للتعديل. ويوفر البروتوكول الموصوف في هذا التقرير مساراً لتحقيق هذه الهياكل النانوية من خلال التجميعات الانتقائية التسلسلية عن طريق التفاعلات العضوية الدينامية.

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgments

وقد تم دعم هذا العمل من قبل وزارة الطاقة الأميركية، ومكتب العلوم، وعلوم الطاقة الأساسية، تحت جائزة #DESC0012479. تُقر شركة S.C.L. بدعم من برنامج زمالة أبحاث الدراسات العليا التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم، وتعترف شركة أبوظبي للعلوم بالدعم المقدم من شركة بترول أبوظبي الوطنية (أدنوك).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1,4-Dioxane Fisher Scientific D1114 Certified ACS
2-(4-Hydroxyphenylazo)benzoic acid (HABA) Millipore-Sigma 54793 Matrix substance for MALDI-MS; ≥99.5%
4-(2-Aminoethyl)aniline Ontario Chemicals A2076 98%
4-Cyanobenzaldehyde Oakwood Chemical 049317 99%
4-Methylpiperidine TCI America P0445 ≥98.0%
4-Toluenesulfonyl chloride Oakwood Chemical BR1703 99%
50 mL High Performance Centrifuge Tubes VWR International 21008-240 Centrifuge Tubes used for automated synthesizer
Acetic acid Fisher Scientific A38-212 Glacial
Acetic anhydride Fisher Scientific A10 Certified ACS
Acetonitrile Millipore-Sigma 34851 For HPLC; Gradient grade; ≥99.9%
All-plastic Norm-Ject syringes Thermo Fisher Scientific S7510-10 Luer-Slip Syringe
Allyl chloroformate Acros Organics 221741000 97%
Bromoacetic acid Alfa Aesar A14403 ≥98.0%
Chloroform Millipore-Sigma 288306 Anhydrous; ≥99%; Contains 0.5-1.0% ethanol as stabilizer
Chloroform-d Acros Organics AC320690075 For NMR; 99.8 atom % D; Packaged in 0.75 ml ampoules
Dichlorodimethylsilane Acros Organics 1133100 ≥99.0%
Dichloroethane Fisher Scientific E175 Certified ACS
Dichloromethane Fisher Scientific D37-4 Stabalized; Certified ACS
Diethyl ether Acros Organics 615080010 Anhydrous; ACS reagent
Diethylene glycol monoethyl ether TCI America E0048 ≥99.0%
Ethanol Decon Labs 2701 200 Proof; Anhydrous
Ethylene glycol Fisher Scientific E178 Certified
Fmoc-Photolabile SS resin CreoSalus SA50785 100-200 mesh; 1% DVB
Glass Peptide Vessel Chemglass CG-1866-02 Solid Phase, T-Bore PTFE Stpk, Vacuum, Medium Frit, GL 25 Thread
LC-6AD HPLC pumps Shimadzu Corporation Equipment
LED 405nm ThorLabs M405L2-C1 405 nm LED used for photocleavage of peptoid
LED Driver ThorLabs LEDD1B Driver for LED light used in photocleavage of peptoid
Liberty Blue Automated Peptide Synthesizer CEM Corporation Equipment
Lithium aluminum hydride Millipore-Sigma 199877 Powder; Reagent grade; 95%; CAUTION: Mildly pyrophoric, handle under inert gas and protect from moisture
Luna C18 analytical RP-HPLC column Phenomenex 00G-4252-E0 Equipment
Luna C18 prepatory RP-HPLC column Phenomenex 00G-4253-P0-AX Equipment
Methanol Fisher Scientific A412 Certified ACS
Microliter Syringe Hamilton Company 80700 Cemented Needle (N)
N,N'-Diisopropylcarbodiimide (DIC) Oakwood Chemical M02889 ≥99.0%; CAUTION: DIC is hazardous to eyes, skin, via respiratory inhalation, and may cause skin sensitization
N,N-Dimethylformamide Millipore-Sigma 319937 ACS reagent; ≥99.8%
Nitric acid Fisher Scientific A200-212 Certified ACS Plus
Nitrogen gas Cryogenic Gases Contents under pressure, may explode if heated
Phenylsilane Oakwood Chemical S13600 97%
Prominence SPD-10A UV/vis Detector Shimadzu Corporation Equipment
p-Toluenesulfonic acid monohydrate Millipore-Sigma 402885 ACS reagent; ≥98.5%
Scandium(III) triflate Oakwood Chemical 009343 99%
Single-use Needle Exel International 26420 18G x 1 1/2″
Sodium azide Oakwood Chemical 094448 99%; CAUTION: NaN3 may react with lead and copper which results in the formation of highly explosive metal azides. It is acutely toxic and fatal if swallowed or in contact with skin.
Sodium bicarbonate Fisher Scientific S233 Powder; Certified ACS
Sodium hydroxide Fisher Scientific S318-100 Pellets; Certified ACS
Sodium sulfate Fisher Scientific S421-500 Anhydrous; Granular; Certified ACS
Syringe Filter 0.45 µm VWR International 28145-497 PTFE, Syringe Filters with Polypropylene Housing
Tetrahydrofuran Fisher Scientific T397 Certified
Tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0) Oakwood Chemical 034279 98%
Toluene Fisher Scientific T324 Certified ACS
Triphenylphosphine Oakwood Chemical 037818 99%

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Seeman, N. C. Nucleic acid junctions and lattices. Journal of Theoretical Biology. 99 (2), 237-247 (1982).
  2. Rothemund, P. W. K. Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature. 440, March 297-302 (2006).
  3. Watt, A. A. R., Bothma, J. P., Meredith, P. The supramolecular structure of melanin. Soft Matter. 5 (19), 3754-3760 (2009).
  4. Tørring, T., Voigt, N. V., Nangreave, J., Yan, H., Gothelf, K. V. DNA origami: A quantum leap for self-assembly of complex structures. Chemical Society Reviews. 40 (12), 5636-5646 (2011).
  5. Wei, B., Dai, M., Yin, P. Complex shapes self-assembled from single-stranded DNA tiles. Nature. 485 (7400), 623-626 (2012).
  6. Clausen-Schaumann, H., Rief, M., Tolksdorf, C., Gaub, H. E. Mechanical stability of single DNA molecules. Biophysical Journal. 78 (4), 1997-2007 (2000).
  7. Rowan, S. J., Cantrill, S. J., Cousins, G. R. L., Sanders, J. K. M., Stoddart, J. F. Dynamic covalent chemistry. Angewandte Chemie - International Edition. 41 (6), (2002).
  8. Jin, Y., Yu, C., Denman, R. J., Zhang, W. Recent advances in dynamic covalent chemistry. Chemical Society Reviews. 42 (16), 6634-6654 (2013).
  9. Furgal, J. C., Dunn, M., Wei, T., Scott, T. F. Emerging Applications of Dynamic Covalent Chemistry from Macro- to Nanoscopic Length Scales. Dynamic Covalent Chemistry: Principles, Reactions, and Applications. , 389-434 (2017).
  10. Hartley, C. S., Elliott, E. L., Moore, J. S. Covalent assembly of molecular ladders. Journal of the American Chemical Society. 129 (15), 4512-4513 (2007).
  11. Wei, T., Furgal, J. C., Jung, J. H., Scott, T. F. Long, self-assembled molecular ladders by cooperative dynamic covalent reactions. Polymer Chemistry. 8 (3), 520-527 (2017).
  12. Dunn, M. F., Wei, T., Scott, T. F., Zuckermann, R. N. Aqueous dynamic covalent assembly of molecular ladders and grids bearing boronate ester rungs. Polymer Chemistry. (18), 2337-2343 (2019).
  13. Furgal, J. C., Van Dijck, J. M., Leguizamon, S. C., Scott, T. F. Accessing sequence specific hybrid peptoid oligomers with varied pendant group spacing. European Polymer Journal. (118), 306-311 (2019).
  14. Tozawa, T., et al. Porous organic cages. Nature Materials. 8 (12), 973-978 (2009).
  15. Tian, J., Thallapally, P. K., Dalgarno, S. J., McGrail, P. B., Atwood, J. L. Amorphous molecular organic solids for gas adsorption. Angewandte Chemie - International Edition. 48 (30), 5492-5495 (2009).
  16. Jin, Y., Wang, Q., Taynton, P., Zhang, W. Dynamic covalent chemistry approaches toward macrocycles, molecular cages, and polymers. Accounts of Chemical Research. 47 (5), 1575-1586 (2014).
  17. Ren, F., Day, K. J., Hartley, C. S. Two- and three-tiered stacked architectures by covalent assembly. Angew. Chem. Int. Ed. 55 (30), 8620-8623 (2016).
  18. Elliott, E. L., Hartley, C. S., Moore, J. S. Covalent ladder formation becomes kinetically trapped beyond four rungs. Chemical Communications. 47 (17), 5028-5030 (2011).
  19. Tran, H., Gael, S. L., Connolly, M. D., Zuckermann, R. N. Solid-phase submonomer synthesis of peptoid polymers and their self-assembly into highly-ordered nanosheets. Journal of Visualized Experiments. (57), 1-6 (2011).
  20. Zuckermann, R. N. Peptoid origins. Biopolymers. 96 (5), 545-555 (2011).
  21. Sun, J., Zuckermann, R. N. Peptoid polymers: A highly designable bioinspired material. ACS Nano. 7 (6), 4715-4732 (2013).
  22. Belowich, M. E., Stoddart, J. F. Dynamic imine chemistry. Chemical Society Reviews. 41 (6), 2003-2024 (2012).
  23. Giuseppone, N., Schmitt, J. L., Schwartz, E., Lehn, J. M. Scandium(III) catalysis of transimination reactions. Independent and constitutionally coupled reversible processes. Journal of the American Chemical Society. 127 (15), 5528-5539 (2005).
  24. Shū, K. Scandium triflate in organic synthesis. European Journal of Organic Chemistry. 1999 (1), 15-27 (1999).
  25. Wei, T., Furgal, J. C., Scott, T. F. In situ deprotection and dynamic covalent assembly using a dual role catalyst. Chemical Communications. 53 (27), 3874-3877 (2017).
  26. Matsumoto, M., et al. Rapid, low temperature formation of imine-linked covalent organic frameworks catalyzed by metal triflates. Journal of the American Chemical Society. 139 (14), 4999-5002 (2017).
  27. Ma, X., Scott, T. F. Approaches and challenges in the synthesis of three-dimensional covalent-organic frameworks. Communications Chemistry. , (2018).
  28. Perron, V., Abbott, S., Moreau, N., Lee, D., Penney, C., Zacharie, B. A method for the selective protection of aromatic amines in the presence of aliphatic amines. Synthesis. 2 (2), 283-289 (2009).
  29. Wei, T., Jung, J. H., Scott, T. F. Dynamic covalent assembly of peptoid-based ladder oligomers by vernier templating. Journal of the American Chemical Society. 137 (51), 16196-16202 (2015).
  30. Ouari, O., Chalier, F., Bonaly, R., Pucci, B., Tordo, P. Synthesis and spin-trapping behaviour of glycosylated nitrones. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions. 2 (10), 2299-2308 (1998).
  31. Sun, J., Stone, G. M., Balsara, N. P., Zuckermann, R. N. Structure-conductivity relationship for peptoid-based PEO-mimetic polymer electrolytes. Macromolecules. 45 (12), 5151-5156 (2012).
  32. Sartori, G., Ballini, R., Bigi, F., Bosica, G., Maggi, R., Righi, P. Protection (and deprotection) of functional groups in organic synthesis by heterogeneous catalysis. Chemical Reviews. 104 (1), 199-250 (2004).
  33. Kim, S., et al. Unusual truncation of N-acylated peptoids under acidic conditions. Organic & biomolecular chemistry. 12 (28), 5222-5226 (2014).
  34. Mannige, R. V., et al. Peptoid nanosheets exhibit a new secondary-structure motif. Nature. 526 (7573), 415-420 (2015).
  35. Edison, J. R., et al. Conformations of peptoids in nanosheets result from the interplay of backbone energetics and intermolecular interactions. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (22), 5647-5651 (2018).
  36. Kobayashi, S., Sugiura, M., Kitagawa, H., Lam, W. W. L. Rare-earth metal triflates in organic synthesis. Chemical Reviews. 102 (6), 2227-2302 (2002).
  37. Fujinaga, S., Hashimito, M., Tsukagoshi, K. Investigation of the composition for a ternary solvent system in tube radial distribution chromatography. Journal of Liquid Chromatography and Related Technologies. 38 (5), 600-606 (2015).

Tags

الكيمياء، العدد 156، التجميع الذاتي، الكيمياء الكوفالية الديناميكية، الببتيد، التسلسل المحدد، السلم الجزيئي، الملائمة الحركية، حمض لويس، الهياكل فوق الجزيئية
توليف البببتيدات الحاملة للمعلومات والتجميع الذاتي الديناميكي المنضدي الموجه للتسلسل
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Leguizamon, S. C., Alqubati, A. F.,… More

Leguizamon, S. C., Alqubati, A. F., Scott, T. F. Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly. J. Vis. Exp. (156), e60442, doi:10.3791/60442 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter