Yöntem makalesi

Katı faz peptit sentezi için ticari bir mikrodalga reaktörünün ucuz bir adaptasyonu

1.3K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/66937

⸱

22 Kasım 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry & Biochemistry, Fairfield University

Bu makalede

Özet

Ticari bir mikrodalga reaktöründe katı faz peptit sentezlerini gerçekleştirmek için basit, ucuz ve yeni bir aparat sunulmaktadır.

Özet

Mikrodalga ışınlaması ve ısıtma ile desteklenen katı faz peptit sentezi (SPPS) gerçekleştirmek için ev yapımı bir cihaz sunulmaktadır. Kabın dibinde bulunan bir frit yoluyla çözücüyü ve yan ürünleri boşaltan geleneksel SPPS reaksiyon kaplarının aksine, sunulan aparat, çözücüyü, yan ürünleri ve fazla reaktifleri uzaklaştırmak için vakum altında bir gaz dispersiyon tüpü kullanır. Aynı gaz dispersiyon tüpü, birleştirme ve korumanın kaldırılmasının reaksiyon adımları sırasında SPPS boncuklarının nitrojen gazı çalkalamasını sağlar. Mikrodalga ısıtma, bir alfa, alfa-dialkillenmiş amino asit kalıntısı olan alfa-aminoizobütirik asit (Aib) gibi sterik olarak engellenmiş kalıntıların SPPS kaplinleri için faydalıdır. Bu ev yapımı cihaz, manuel Fmoc SPPS yöntemleriyle, standart oda sıcaklığı koşulları ve reaktifler altında birleştirilmesi çok zor olan Aib kalıntısının hakim olduğu heptamerik ve oktamerik peptitleri hazırlamak için kullanılmıştır. Ayrıca, tipik ticari mikrodalga SPPS reaktörleri, yalnızca SPPS sentezine adanmıştır ve bu da onları SPPS olmayan kullanıcılar için erişilemez hale getirir. Buna karşılık, sunulan aparat, kimyasal reaksiyonların geleneksel mikrodalga hızlandırması için mikrodalga reaktörünün çok yönlülüğünü korur, çünkü aparat ticari mikrodalga reaktöründen önemsiz bir şekilde çıkarılır.

Giriş

Merrifield'ın 1960'larda katı faz peptit sentezi SPPS'yi piyasaya sürmesi, peptit ve kimyasal sentezlerde devrim yarattı ve haklı olarak Nobel Kimya Ödülü 1,2 ile ödüllendirildi. Sonraki yıllarda, birçok araştırmacı Merrifield'ın orijinal tekniklerini rafine etti ve SPPS uygulamalarına hakim olan iki alternatife yol açtı: florenilmetoksikarbonil (FMOC) bazlı ve tert-bütil oksikarbonil (BOC) bazlı3. Peptitin FMOC'deki katı reçineden nihai bölünmesi, BOC teknikleri için HF ile karşılaştırıldığında triflorasetik asit içeren bir kokteyl gerektirir ve bu da FMOC bazlı yöntemleri birçok laboratuvarın tercih edilen tercihi haline getirir.

Son teknoloji SPPS yöntemleri, zaman zaman istenen diziler tarafından sorgulanır. Son yıllarda, agregasyon4, diketopiperazin oluşumu5 ve N-metillenmiş amino asit kalıntıları6 ile ilgili bazı kendine özgü endişelerin üstesinden gelen ilerlemeler olmuştur. Birleştirme verimini optimize etmek amacıyla, binlerce birleştirme reaktifi ve katkı maddesi araştırılmıştır7. Spesifik olarak, Oxyma13 ve hidroksibenzotriazol (HOBt) gibi katkı maddeleri ile birlikte COMU 8,9 veya asit florürler 10,11,12 yoluyla karboksilik asit aktivasyonu, α,α-dialkillenmiş kalıntılar içerenler gibi özellikle zorlu eşleşmeler için geliştirilmiştir.

Zor kaplinler için verimi artırmak için uzun reaksiyon süreleri, "çift kuplaj" ve ısıtma, özellikle mikrodalga ısıtma 14,15,16 dahil olmak üzere reaktif bazlı olmayan diğer yöntemler kullanılmıştır. Gerçekten de, mikrodalga ısıtma kullanan ticari olarak temin edilebilen otomatik peptit sentezleyiciler, reaksiyon hızlarını hızlandırdıkları, peptitlerin nihai saflığını iyileştirdikleri ve solvent israfını en aza indirdikleri için piyasadaki ticari olarak en başarılı birimler arasındadır. Ne yazık ki, bu birimler pahalı olabilir ve bazı durumlarda 100.000 dolardan fazlaya mal olabilir.

Laboratuvarımız, alfa-aminoizobutrik asidin (Aib) güçlü helikojenik kalıntısını içeren peptit varyasyonlarının hazırlanmasına ilgi duymaktadır17,18,19. Alfa-karbonunun dialkilasyonundan kaynaklanan sterik engel nedeniyle, Aib'nin birleştirilmesi herkesin bildiği gibi zordur. Yukarıda bahsedilen yöntemler (asit florürler, mikrodalga ısıtma20) ve akıllı "dipeptit" SPPS kimyası21, SPPS'yi Aib'nin birleştirme zorluklarına uyarlamak için kullanılmıştır. Aib dimerlerinin reçine dışı hazırlanması, genel verimi artırırken, ek ıslak kimya ve yüksek sıcaklıklar (50 °C) gerektirir21. Ayrıca, florlama maddelerinin toksik doğası nedeniyle Aib'nin asit florürlerini kullanmaktan kaçındık. Ne yazık ki, laboratuvarımızda, SPPS yan ürünlerinin gerekli şekilde boşaltılması için özel reaksiyon kaplarına sahip özel bir mikrodalga tabanlı otomatik SPPS sentezleyici bulunmamaktadır. Bununla birlikte, Clayden'in grubunun, SPPS ve mikrodalga ışınlaması22 kullanarak AIB tabanlı oligomerlerin hazırlanmasında olağanüstü başarı gösteren yakın tarihli bir raporu, laboratuvarımızın CEM Discover SP mikrodalga ünitesini SPPS sentezleri için uyarlamamız için bizi teşvik etti.

İlk olarak, mikrodalga reaktörünü manuel bir SPPS/mikrodalga ünitesine dönüştürmek için CEM'in ticari olarak temin edilebilen aksesuarını araştırdık23. Maliyetin yanı sıra, bu aksesuar mikrodalga ünitemizin yalnızca manuel SPPS'ye olan bağlılığını gerektirecektir. Diğer laboratuvar kullanıcıları artık mikrodalga ünitesinin mükemmel özelliklerine erişemeyecekti. Bu nedenle, ticari aksesuarın uygulanması bizim davamızda kabul edilemez olarak kabul edilmiştir.

Bunun yerine, nispeten ucuz bileşenlerle, milimolar ölçekte mikrodalga destekli SPPS gerçekleştirmek için bir cihaz monte ettik. Aşağıdaki protokol, manuel, mikrodalga destekli SPPS'yi etkilemek için basit ve nispeten ucuz bileşenlerin kullanılmasını açıklamaktadır.

Protokol

1. Cihazı monte edin (Şekil 1)

NOT: Cihazın montajı için tüm bileşenler Malzeme Tablosunda bulunur.

  1. Vakum çıkışını monte edin.
    1. 2" 1/8" Teflon boruyu, etilen tetrafloroetilenden (ETFE) yapılmış "Tee"nin (Şekil 1, "1" etiketli Parça) sağ tarafına bağlayın.
    2. 1/8" Teflon tüpü ETFE'den yapılmış bir valfe (Şekil 1, "2" etiketli Parça) bağlayın.
    3. Valfin diğer tarafına 100 cm Teflon boru takın (Şekil 1, "2" etiketli parça).
    4. Bu boruyu bir lastik mantarın 1/8" açıklığından geçirin ve bu mantarı, vakuma (ev veya mütevazı pompa) bağlı yan kollu bir Erlenmeyer şişesini (Şekil 1A, "8" etiketli Parça) kapatmak için kullanın.
  2. Nitrojen gazı girişini monte edin.
    1. 2" 1/8" Teflon boruyu ETFE "Tee"nin sol tarafına bağlayın (Şekil 1, "1" etiketli Parça).
    2. 1/8" Teflon tüpü bir ETFE valfine bağlayın (Şekil 1, "3" etiketli parça).
    3. EFTE valfinin diğer tarafına 100 cm 1/8" Teflon boru takın (Şekil 1, "3" etiketli parça).
    4. 1/8" Teflon borunun uzak ucunu kauçuk bir mantardan geçirin ve bu mantarı, bir regülatör ile donatılmış bir nitrojen silindirine bağlı bir tygon tüpüne bağlamak için kullanın (Şekil 1A, "7" etiketli Parça).
    5. Regülatörün iğneli valfi kapalıyken, regülatörün diyafram valfini kullanın (Şekil 1A, "7" etiketli parça). 5-10 psi basınç elde etmek için.
  3. Aspiratörü/fıskiyeyi monte edin.
    1. "Tee" nin gövdesini (Şekil 1, "1" etiketli parça) 100 cm uzunluğunda 1/8" OD Teflon boruya bağlayın.
    2. Bu tüpü daha önce bir iğne ile delinmiş bir mikro-septumdan (Şekil 1, "6" etiketli Parça) yerleştirin.
    3. Boruyu bir gaz dağıtım tüpüne sonuna kadar yerleştirin. Gaz dispersiyon tüpü (Şekil 1, "4" etiketli parça) ile Teflon boru arasında bir sızdırmazlık oluşturmak için mikro-septumu kullanın.
    4. Gaz dispersiyon tüpünü test tüpü reaksiyon kabına yerleştirin (Şekil 1, "5" etiketli parça) ve test tüpünü mikrodalga reaktörünün dışında bulunan tutucusuna ( Şekil 1B'de Resim edilmiştir) yerleştirin.
      NOT: Kimyasal reaksiyonlar sırasında, test tüpü mikrodalga reaktörüne yerleştirilecektir. Reaksiyon çözeltilerinin ve çözücü yıkamalarının eklenmesi sırasında, test tüpü mikrodalga reaktörünün dışında tutulur.
  4. Açık kap zayıflatıcıyı mikrodalga reaktörüne takın. Cihaz artık kullanıma hazır olmalıdır.

2. Reaktifleri hazırlayın

  1. FMOC-amino asit çözeltileri hazırlayın. 0.100 mmol ölçeği için DMF'de 0.2 M FMOC-AA-OH hazırlayın. Her birleştirme döngüsü 2.5 mL amino asit çözeltileri kullanacaktır.
  2. Diizopropilkarbodiimid (DIC) birleştirme reaktifini hazırlayın. DMF'de 1.0 M DIC hazırlayın. Her kaplin 1.0 mL DIC çözeltisi kullanacaktır.
  3. Oxyma Pure katkı maddesi solüsyonunu hazırlayın. DMF'de 0,5 M oksima hazırlayın. Her kaplin 1.0 mL oksima çözeltisi kullanacaktır.
  4. Koruma giderme solüsyonu hazırlayın. % 20 v / v morfolin / DMF çözeltisi hazırlayın. Her koruma giderme işlemi 7 mL çözelti gerektirir. Her fmoc korumasını kaldırmak için iki koruma kaldırma çalıştırması gerçekleştirin.

3. Peptit reçinesinin hazırlanması

  1. Uygun SPPS Wang reçinesi, 100-200 ağ, %1 divinilbenzen ile çapraz bağlanmış polistiren kütlesini ölçün ve kuru reçineyi test tüpü reaksiyon kabına yerleştirin. Örneğin, 0.100 mmol ölçekli bir sentez için, 0.500 mmol g-1 yüklemeli bir reçine 200 mg reçine gerektirecektir.
  2. Reçineye 3 mL DMF çözücü ekleyin ve reçineyi oda sıcaklığında 15 dakika şişirin. Bu adım için, nitrojen gazı beslemesinin çalkalama için "açık/açık" olduğundan ve vakum valfinin ("Şekil 1, "2" etiketli) "kapalı/kapalı" olduğundan emin olun. Çözelti içinde hafif bir kabarcıklanma elde etmek için nitrojen kaynağının iğneli valfini (Şekil 1A, etiketli 7) kullanın.
    NOT: Bu ayar, nitrojen gazı tarafından daha fazla çalkalama için uygun olmalıdır.
  3. Reçineyi 15 dakika şişirdikten sonra, DMF çözücüsünü vakum altında aspire edin: N2 valfini kapatın (Şekil 1, "3" etiketli). Vakum valfini açın (Şekil 1, "2" olarak etiketlenmiştir) ve DMF çözücüsünü aspire edin. Çözücü neredeyse çıkarıldığında, N2 valfini açın (Şekil 1, "3" etiketli).
  4. Reçineyi tamamen şişirmek için 3.2 ve 3.3 adımlarını 2 kez tekrarlayın.

4. FMOC kaldırma

NOT: Reçineler, C-terminal kalıntıları olarak önceden yüklenmiş çeşitli FMOC korumalı amino asitlerle önceden yüklenmiş olarak mevcuttur. Bu nedenle, FMOC çıkarılması genellikle reçineyi şişirdikten sonraki ilk adımdır.

  1. Mikrodalga reaktörünün dışındaki test tüpü reaksiyon kabı ve vakum valfi (Şekil 1, "2" olarak etiketlenmiş) kapalıyken, doğrudan test tüpüne 7 mL %20 piperidin/DMF veya %20 morfolin/DMF ekleyin.
  2. Boncukları çalkalamak için nitrojen valfini (Şekil 1, "3" etiketli) açın.
    NOT: SPPS reçineleri, FMOC tarafından korunan C-terminal kalıntısı ile önceden yüklenmiş olarak mevcuttur.
  3. Boncukları içeren test tüpünü "açık kap" zayıflatıcı aracılığıyla mikrodalga reaktörüne yerleştirin (Şekil 1B, reaktörün metal portu).
  4. Mikrodalgayı dinamik modda kullanarak 90 dakika boyunca 2 °C'ye ısıtın: sıcaklık hedefini 90 °C, 50 W güç, tutma süresi = 2.0 dk'ya ayarlayın (mikrodalgada korumanın kaldırılmasıyla ilgili bir rapor için Ek Dosya 1'e bakın). Mikrodalga fırının kızılötesi sensörü ile sıcaklığı izleyin; Mikrodalga, reaksiyon sıcaklığını korumak için gücü azaltacaktır.
  5. Boncukları içeren test tüpünü mikrodalga reaktöründen çıkarın.
  6. DMF çözeltisini ve reaksiyon yan ürünlerini vakum altında aspire edin:N2 valfini kapatın (Şekil 1, "3" etiketli). Vakum vanasını açın (Şekil 1, "2" etiketli). Çözelti neredeyse çıkarıldığında, N2 valfini açın (Şekil 1, "3" etiketli).
  7. Vakum valfini kapatın (Şekil 1, "2" etiketli). Test tüpünü ve gaz dispersiyon tüpünü durulamak için 3 mL DMF ekleyin.
  8. Vakum altında DMF solvent yıkamayı aspire edin: N2 valfini kapatın (Şekil 1, "3" etiketli). Vakum vanasını açın (Şekil 1, "2" etiketli). Çözelti neredeyse çıkarıldığında, N2 valfini açın (Şekil 1, "3" etiketli).
  9. DMF çözücü ile toplam üç yıkama için 4.7 ve 4.8 adımlarını iki kez tekrarlayın.
  10. Toplam iki ardışık koruma kaldırma adımı için FMOC kaldırma adımları 4.1-4.9'u tekrarlayın.

5. FMOC amino asitlerinin bağlanması

  1. Test tüpü reaksiyon kabını, mikrodalga reaktörünün dışındaki tutucusuna yerleştirin.
  2. 2.5 mL 0.2 M FMOC amino asit (5x molar fazlalık), 1.0 mL 1.0 M DIC birleştirme maddesi çözeltisi (10x molar fazlalık) ve 1.0 mL 0.5 M oksima katkı maddesi çözeltisi (5x molar fazlalık) reçineye manuel olarak ekleyin test tüpünde.
  3. Boncukların çalkalanmasını sağlamak için nitrojen valfini (Şekil 1, "3" etiketli) açın.
  4. Boncukları içeren test tüpünü açık kap zayıflatıcı aracılığıyla mikrodalga reaktörüne yerleştirin (Şekil 1B, reaktörün metal portu). Çözeltiyi 10 dakika boyunca 100 ° C'ye ısıtın. Mikrodalgayı dinamik modda kullanarak, sıcaklık hedefini 100 °C, 60 W güç, tutma süresi = 10.0 dk olarak ayarlayın (mikrodalga içindeki kuplaj hakkında bir rapor için Ek Dosya 1'e bakın). Mikrodalga fırının kızılötesi sensörü ile sıcaklığı izleyin; Mikrodalga, reaksiyon sıcaklığını korumak için gücü azaltacaktır.
  5. Boncukları içeren test tüpünü mikrodalga reaktöründen çıkarın.
  6. DMF çözücüsünü ve reaksiyon yan ürünlerini vakum altında aspire edin:N2 valfini kapatın (Şekil 1, "3" etiketli). Vakum vanasını açın (Şekil 1, "2" etiketli). Çözelti neredeyse çıkarıldığında, N2 valfini açın (Şekil 1, "3" etiketli).
  7. Vakum valfini kapatın (Şekil 1, "2" etiketli). Test tüpünü ve gaz dispersiyon tüpünü durulamak için 3 mL DMF ekleyin.
  8. Vakum altında DMF solvent yıkamayı aspire edin: N2 valfini kapatın (Şekil 1, "3" etiketli). Vakum vanasını açın (Şekil 1, "2" etiketli). Çözelti neredeyse çıkarıldığında, N2 valfini açın (Şekil 1, "3" etiketli).
  9. DMF çözücü ile toplam üç yıkama için 5.7 ve 5.8 adımlarını 2 kez tekrarlayın.

6. SPPS peptit döngülerini tekrarlayın

  1. İstenen sekansın bir peptidine kadar bölüm 4 (FMOC çıkarılması) ve 5'teki (FMOC amino asitlerin bağlanması) tüm adımları tekrarlayın.
    NOT: Mikrodalga reaktörünün dışına, oda sıcaklığında, doğrudan test tüpü reaksiyon kabına reaktif çözeltileri eklediğinizden emin olun. Ayrıca, test tüpünü mikrodalga reaktörüne yerleştirmeden önce nitrojen çalkalamasının başlatıldığından emin olun.

7. Peptit bölünmesi

  1. Reçineyi fritlenmiş plastik bir şırıngaya aktarın.
  2. 1 mL / 100 mg reçine hacminde% 95 trifloroasetik asit (TFA),% 2.5 su ve% 2.5 triizopropil silan (TIPS) içeren bir bölünme kokteyli hazırlayın.
  3. Peptidi oda sıcaklığında sürekli veya ara sıra çalkalayarak 2 saat boyunca parçalayın.
  4. Peptit ürününü 10 mL buz gibi soğuk dietil eter içinde çökeltin.
  5. Peleti minimum miktarda MeCN /% 0.1 sulu TFA içinde yeniden süspanse edin ve gece boyunca liyofilize edin.

Sonuçlar

Cihazımız ile hazırlanan peptit dizilerinin örnekleri Şekil 2 ve Şekil 3'te gösterilmiştir. Tablo 1 , kullandığımız çözeltileri, mikrodalga parametrelerini ve yıkamaları özetlemektedir. MALDI-TOF kütle spektrometresi onayı şekillerde gösterilmiştir. Bu peptitlerin kütle geri kazanımı% 80'in üzerinde olmuştur. Önemli bir şekilde, tüm bu diziler, bitişik alfa, alfa-dialkillenmiş amino asitler arasında çoklu eşleşmelere sahiptir. Bunlar, peptit bağı oluşumu yoluyla bir araya getirilmesi en zor kalıntılar arasındadır.

figure-results-1
Şekil 1: Ev yapımı, mikrodalga destekli, manuel SPPS cihazı. (A) Şematik gösterilen 1) ETFE "tee"; 2) Vakum için ETFE valfi; 3) Azot gazına ETFE valfi; 4) gaz dispersiyon tüpü, 5) Pyrex test tüpü reaksiyon kabı içinde; 6) 1/8 "Teflon boruyu gaz dispersiyon tüpüne birleştirmek için NMR tipi septum; 7) Azot gazı akışını kontrol etmek için iğneli valf; 8) Reaksiyon atıklarını toplamak için yan kol şişesi. Üreticiler için Malzeme Tablosuna ve bileşenlerin katalog numaralarına bakın. (B) Birleştirilmiş görüntünün fotoğrafı. Numaralandırma Şekil 1A ile aynıdır. Kısaltmalar: SPSS = katı faz peptit sentezi; ETFE = etilen tetrafloroetilen; NMR = nükleer manyetik rezonans. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: Mikrodalga SPPS yöntemleri ve MALDI-TOF doğrulaması ile sentezlenen peptit 1'in yapısı. (A) Matris olarak CHCA kullanılmıştır. m/z = 880.18'deki tepe noktası, hesaplanan m/z=880.45 potasyum eklentisi, [MK+]'dir. (B) Ham peptit 1'in HPLC izi. Çözücü gradyanı, %0.1 sulu TFA, 20 dakika üzerinde %20 ila %80 arasında MeCN'dir. Gözlem dalga boyu = 222 nm. Kısaltmalar: SPSS = katı faz peptit sentezi; MALDI-TOF = matris destekli lazer desorpsiyon iyonizasyonu-uçuş süresi; CHCA = alfa-siyano-4-hidroksisinnamik asit, HPLC = yüksek performanslı sıvı kromatografisi; MeCN = asetonitril; TFA = trifloroasetik asit. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: Mikrodalga SPPS yöntemleri ve MALDI-TOF doğrulaması ile sentezlenen peptit 2'nin yapısı. (A) Matris olarak CHCA kullanılmıştır. m/z = 1022.7'deki tepe noktası, hesaplanan m/z=1023.5 potasyum eklentisine [MK+] atanır. M / z = 966.5'teki tepe noktası, m / z = 967.5 olarak hesaplanan su kaybı24 yoluyla geçici olarak bir C-terminal oksazolona atanmıştır. (B) Ham peptit 2'nin HPLC izi. Çözücü gradyanı, %0.1 sulu TFA üzerinde 20 dakika boyunca %20 ila %80 arasında MeCN'dir. Gözlem dalga boyu = 222 nm. Kısaltmalar: SPSS = katı faz peptit sentezi; MALDI-TOF = matris destekli lazer desorpsiyon iyonizasyonu-uçuş süresi; CHCA = alfa-siyano-4-hidroksisinnamik asit, HPLC = yüksek performanslı sıvı kromatografisi; MeCN = asetonitril; TFA = trifloroasetik asit, Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

AdımÇözelti/çözücüHacim (mL)Zaman (dk)Sıcaklık (°C)
1Korumanın kaldırılması% 20 Morfolin7290
2YıkarDMF (Kalp Atış T4, 4, 4-RT
3Korumanın kaldırılması% 20 Morfolin7290
4YıkarDMF (Kalp Atış T4, 4, 4-RT
5BağlamaFmoc-AA-OH, OKSIMA, DIC5, 2, 210100
6YıkarDMF (Kalp Atış T4, 4, 4-RT
7Yinelemek
SonBölünmeTFA/İPUÇLARI/H2O1>120

Tablo 1: 0.1 mmol ölçekli mikrodalga destekli SPPS'nin bir döngüsü için adımlar: FMOC korumasının kaldırılması, yıkamalar ve FMOC-amino asit bağlanması. 0,2 M FMOC-AA-OH, 0,5 M OKSIMA, 1,0 M DIC. Her adım için mikropipetleyici ile doğrudan test tüpüne manuel olarak eklenen çözeltiler. Kısaltmalar: SPSS = katı faz peptit sentezi; FMOC = florenilmetoksikarbonil; DIC = diizopropilkarbodiimid.

Ek Dosya 1: Fmoc koruma grubunun çıkarılması için CEM Discover SP Mikrodalga Reaktör Raporu ve Fmoc korumalı bir amino asidin bağlanması için CEM Discover SP Mikrodalga Reaktör Raporu. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

Burada sunulan aparat, mikrodalga destekli SPPS sırasında çözücü, fazla reaktifler ve atık ürünlerin uzaklaştırılmasının yanı sıra nitrojen gazı çalkalaması eklemek için basit, yeni ve ucuz bir yöntem kullanır. Kabın dibinde bir frit çağıran geleneksel SPPS kaplarının aksine, sunulan aparat, kabı aspire etmek için vakum altında bir gaz dispersiyon tüpünü çağırır. Bu nedenle reaksiyon kabı, mikrodalga reaktör üreticisi tarafından "açık kap zayıflatıcı" içinde önerilen yerde ısıtılan sıradan bir test tüpüdür.

Birincil yeniliğimiz, çözücüleri ve reaksiyon yan ürünlerini vakum altında bir "gaz dispersiyon tüpü" aracılığıyla test tüpünden çıkarmaktır. Mikrodalga ışınlaması altında kimyasal dönüşümler sırasında ve ayrıca çözücü (N, N-dimetilformamid (DMF) veya N-metil pirolidinon, NMP) ile yıkamalar sırasında, SPPS boncukları tüp boyunca dağılan nitrojen gazı ile çalkalanır. Vakum ve nitrojen gazı, solvente karşı direnci optimize etmek için ETFE valfleri tarafından kontrol edilir. SPPS atıkları bir yan kol Erlenmeyer şişesinde toplanır. Tüm bileşenler 1/8" Teflon boru ile bağlanır. "Ev" vakumunu kullanırken, mekanik bir vakum pompası da hizmet edecektir. Yukarıdaki Şekil 1, cihazımızın bir şemasıdır.

Başarılı SPPS sadece bir aparat değil, aynı zamanda sıcaklık, zaman ve kimyasal reaktiflerin kimyasal protokollerini de gerektirir. Clayden ve ark.22'nin protokolünü kullanarak, geleneksel, oda sıcaklığında SPPS yöntemleriyle hazırlanması imkansız olmasa da zor olacak birkaç peptit hazırladık. Amino asitlerin birleştirilmesi için, birleştirme kokteyli olarak diizopropil karbodiimid (DIC) ve oksima kullanıyoruz ve 10 dakika boyunca 100 ° C'ye ışınlıyoruz. Oksimanın, birleştirme işlemi sırasında kalıntıların rasemizasyonunu baskıladığı düşünülmektedir13. FMOC korumasının giderilmesi için, DMF'de %20 morfolin kullanıyoruz, 90 °C'de 2 dakika boyunca ışınlıyoruz ve bir kez daha tekrarlıyoruz. Reaksiyonlar arasında, SPPS boncuklarını (Wang reçinesi) tekrar tekrar (3x) durulamak için DMF kullanırız.

Bu manuel cihazı kullanarak, kalıntı başına yaklaşık 40 dakika oranında sentezlenmesi zor peptitler hazırladık. Bu oranın olası optimizasyonlarını henüz incelemedik. Örneğin, mikrodalga reaktörü içindeki sürenin, sonuçları azaltmadan "hedef sıcaklıktaki süre" yerine "toplam reaksiyon süresi" ile sınırlı olabileceğine inanıyoruz. Bunun nedeni, hedef sıcaklığa asimptotik olarak yaklaşmak için harcanan süredir (ayrıntılar için Ek Dosya 1'e bakın.). Ayrıca, prensip olarak, reaksiyon kabını mikrodalgadan çıkarmadan tüm reaktifler ve çözücüler eklenebilir. Bununla birlikte, reçineyi tüm adımlarda kontrol edebilmeyi tercih ediyoruz.

Kullanım durumumuz SPPS'de olsa da, katı faz yöntemlerinin dendrimer25, RNA26 ve elektrokimyasal sentezler27 gibi çeşitli sentezlere giderek daha fazla uygulandığına dikkat edilmelidir. Çeşitli kullanım durumları, bu cihazın uygun olacağı mikrodalga yardımından yararlanabilir. Son olarak, cihaz mikrodalga destekli SPPS'yi gerçekleştirmek için inşa edilmiş olsa da, temel reaksiyon kabı bir test tüpüdür. Bu nedenle, aparat geleneksel, oda sıcaklığındaki SPPS'lerde ve ayrıca örneğin bir yağ banyosunda yüksek sıcaklıklarda yürütülen SPPS'de kullanılabilir.

Açıklamalar

Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Teşekkürler

Yazarlar, Fairfield Üniversitesi'nin INSPIRE hibelerinin desteği, Fairfield Üniversitesi Kimya ve Biyokimya Bölümü'nün desteği ve Dr. Dorothy Szobcynski'nin laboratuvar yönetimindeki uzmanlığı için yardımları için minnettardır. Ek olarak, yazarlar peptit ve organik sentez ile ilgili tartışmalar için Profesör Jillian Smith-Carpenter ve Aaron Van Dyke'a minnettardır. Yazarlar, Fairfield Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Yayın Fonu'nun desteğini takdir etmektedir.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
CEM, SP Mikrodalga Reaktörünü KeşfediyorCEMÜretimi durduruldu.  Yakın zamanda ürün serisinde Discover 2.0 ile değiştirildi
Diisopropilkarbodiimid (DCC)TCI Amerika
Dimetilformamid (DMF)Termobilimsel Kimyasallar
Gaz dağılımlı tüp, mikro, ChemglassCG-207-02Orta gözeneklilik
mikro septumChemGlassCG-3022-20"NMR tüpü" tipi septum
MorfolinTermobilimsel Kimyasallar
N-Fmoc korumalı Amino asitler
Oyxma PureTCI Amerika
Yan silah Ehrlenmeyer şişesiÇeşitli satıcılarAtık toplama
"Tee"IdexP-713ETFE
Teflon boru 1/8", Restek25306OD x 0.063" ID, 3 m
Mikrodalga dışındaki reaksiyon kabı için test tüpü tutucusu) & nbsp;Çeşitli satıcılar(30 x 175)
Test tüpü (reaksiyon kabı)Corning Glass9820-25XPyrex 25 x 200 mm, jantsız 
ValfIdexP-721ETFE (2 kat)
Wang SPPS Reçinesi, %1 çapraz bağlı divinilbenzen, 100-200 meshİleri Kimya Teknolojisi

Kaynaklar

  1. Merrifield, R. B. Solid Phase Peptide Synthesis. I. The Synthesis of a Tetrapeptide. J Am Chem Soc. 85 (14), 2149-2154 (1963).
  2. Sheppard, R. C. Nobel prize: Merrifield wins in chemistry. Nature. 311 (5988), 699-699 (1984).
  3. Jaradat, D. M. M. Thirteen decades of peptide synthesis: key developments in solid phase peptide synthesis and amide bond formation utilized in peptide ligation. Amino Acids. 50 (1), 39-68 (2018).
  4. Paradís-Bas, M., Tulla-Puche, J., Albericio, F. The road to the synthesis of "difficult peptides.". Chem Soc Rev. 45 (3), 631-654 (2016).
  5. Wang, J., et al. Mechanistic Study of diketopiperazine formation during solid-phase peptide synthesis of tirzepatide. ACS Omega. 7 (50), 46809-46824 (2022).
  6. Sharma, A., et al. N-methylation in amino acids and peptides: Scope and limitations. Biopolymers. 109 (10), e23110(2018).
  7. El-Faham, A., Albericio, F. Peptide coupling reagents, more than a letter soup. Chem Rev. 111 (11), 6557-6602 (2011).
  8. Subirós-Funosas, R., Nieto-Rodriguez, L., Jensen, K. J., Albericio, F. COMU: scope and limitations of the latest innovation in peptide acyl transfer reagents. J Peptide Sci. 19 (7), 408-414 (2013).
  9. El-Faham, A., Albericio, F. COMU: A third generation of uronium-type coupling reagents. J Peptide Sci. 16 (1), 6-9 (2010).
  10. Wenschuh, H., Beyermann, M., Rothemund, S., Carpino, L. A., Bienert, M. Multiple solid-phase synthesis via Fmoc-amino acid fluorides. Tet Lett. 36 (8), 1247-1250 (1995).
  11. Wenschuh, H., Beyermann, M., Krause, E., Carpino, L. A., Bienert, M. Efficient solid phase assembly of peptides bearing contiguous highly hindered Aib residues via Fmoc Aib fluoride. Tetrahedron. 34 (23), 3733(1993).
  12. Wenschuh, H., et al. Fmoc amino-acid fluorides - convenient reagents for the solid-phase assembly of peptides incorporating sterically hindered residues. J Org Chem. 59 (12), 3275-3280 (1994).
  13. Manne, S. R., De La Torre, B. G., El-Faham, A., Albericio, F. OxymaPure coupling reagents: beyond solid-phase peptide synthesis. Synthesis. 52 (21), 3189-3210 (2020).
  14. Collins, J. M. Microwave-enhanced synthesis of peptides, proteins, and peptidomimetics. Microwaves in Organic Synthesis. Hoz, A., Loupy, A. , Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA: Weinheim, Germany. 897-959 (2012).
  15. Pedersen, S. L., Tofteng, A. P., Malik, L., Jensen, K. J. Microwave heating in solid-phase peptide synthesis. Chem Soc Rev. 41 (5), 1826-1844 (2012).
  16. Pedersen, S. L., Sørensen, K. K., Jensen, K. J. Semi-automated microwave-assisted SPPS: Optimization of protocols and synthesis of difficult sequences. Peptide Sci. 94 (2), 206-212 (2010).
  17. Zeko, T., et al. FT-IR spectroscopy and density functional theory calculations of 13C isotopologues of the helical peptide Z-Aib 6 -OtBu. J Phys Chem B. 118 (1), 58-68 (2014).
  18. Gord, J. R., et al. Conformation-specific spectroscopy of capped, gas-phase Aib oligomers: Tests of the Aib residue as a 310-helix former. Phys Chem Chem Phys. 18 (36), 25512-25527 (2016).
  19. Fischer, J. L., et al. Single-conformation spectroscopy of capped aminoisobutyric acid dipeptides: the effect of C-terminal cap chromophores on conformation. J Phys Chem A. 123 (19), 4178-4187 (2019).
  20. Hjørringgaard, C. U., Pedersen, J. M., Vosegaard, T., Nielsen, N. C., Skrydstrup, T. An automatic solid-phase synthesis of peptaibols. J Org Chem. 74 (3), 1329-1332 (2009).
  21. Haynes, S. R., Hagins, S. D., Juban, M. M., Elzer, P. H., Hammer, R. P. Improved solid-phase synthesis of α,α-dialkylated amino acid-rich peptides with antimicrobial activity. J Peptide Res. 66 (6), 333-347 (2005).
  22. Zieleniewski, F., Woolfson, D. N., Clayden, J. Automated solid-phase concatenation of Aib residues to form long, water-soluble, helical peptides. Chem Commun. 56 (80), 12049-12052 (2020).
  23. CEM Corporation. Manual peptide synthesis. Discover SPSS. , https://cem.com/discover-spps (2023).
  24. Theis, C., Degenkolb, T., Brückner, H. Studies on the selective trifluoroacetolytic scission of native peptaibols and model peptides using HPLC and ESI-CID-MS. Chem Biodivers. 5 (11), 2337-2355 (2008).
  25. Ya-Ting Huang, A., Kao, C. -L., Selvaraj, A., Peng, L. Solid-phase dendrimer synthesis: a promising approach to transform dendrimer construction. Materials Today Chemistry. 27, 101285(2023).
  26. Flemmich, L., Bereiter, R., Micura, R. Chemical synthesis of modified RNA. Angew Chem Int Ed Engl. 63 (22), e202403063(2024).
  27. Li, M., Li, Y. Solid-phase electrosynthesis. Acc Chem Res. 56 (24), 3694-3703 (2023).

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Mikrodalga Destekli SentezSterik Engelli Amino AsitlerPeptit Oligomer SenteziGaz Da t m T pAzot Gaz ile Kar t rmaVakumlu Solvent Uzakla t rmaFmoc SPPSManuel Peptit SenteziMikrodalga Reakt r Adaptasyonu
Katı faz peptit sentezi için ticari bir mikrodalga reaktörünün ucuz bir adaptasyonu
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.