В химии , твердофазный синтез представляет собой способ , в котором молекула ковалентно связана с использованием твердой подложки , и синтезирует шаг за шагом в одном реакционный сосуде с использованием селективной защитной группы химии. Преимущества по сравнению с обычным синтезом в жидком состоянии включают:
- Высокая эффективность и пропускная способность
- Повышенная простота и скорость
Реакция может быть доведена до завершения и получения высоких выходов за счет использования избытка реагента. В этом методе строительные блоки защищены всеми реактивными функциональными группами . Порядок реакций функциональных групп можно контролировать порядком снятия защиты. Этот метод используется для синтеза пептидов , [1] [2] дезоксирибонуклеиновой кислоты ( ДНК ), рибонуклеиновой кислоты ( РНК ) и других молекул, которые необходимо синтезировать в определенном порядке. [3] В последнее время этот метод также использовался в комбинаторной химии и других синтетических приложениях. Процесс был первоначально разработан в 1950-х и 1960-х годах Робертом Брюсом Меррифилдом.с целью синтеза пептидных цепей [4], что послужило основанием для его Нобелевской премии по химии 1984 года . [5]
В основном методе твердофазного синтеза используются строительные блоки, содержащие две функциональные группы. Одна из функциональных групп строительного блока обычно защищена защитной группой. Исходный материал - это бусинка, которая прикрепляется к строительному блоку. Сначала этот шарик добавляется в раствор защищенного строительного блока и перемешивается. После завершения реакции между шариком и защищенным строительным блоком раствор удаляют, а шарик промывают. Затем защитную группу удаляют и повторяют вышеуказанные шаги. После завершения всех этапов синтезированное соединение химически отщепляется от гранулы.
Если синтезируется соединение, содержащее более двух видов строительных блоков, перед снятием защиты со строительного блока, связанного с шариком, добавляется шаг; функциональная группа, которая находится на грануле и не прореагировала с добавленным строительным блоком, должна быть защищена другой защитной группой, которая не удаляется в условиях снятия защиты строительного блока. На этом этапе предотвращаются побочные продукты, в которых отсутствует строительный блок только этого этапа. Кроме того, этот этап позволяет легко очистить синтезированное соединение после отщепления от гранулы.
Твердофазный синтез пептидов (SPPS)
Твердофазный синтез - распространенный метод синтеза пептидов . Обычно пептиды синтезируются со стороны карбонильной группы (С-конец) до стороны аминогруппы (N-конец) аминокислотной цепи в методе SPPS, хотя пептиды биологически синтезируются в клетках в противоположном направлении. В пептидном синтезе аминокислота с защитной аминогруппой связывается с твердофазным материалом или смолой (чаще всего, с шариками полистирола с низкой степенью сшивки ), образуя ковалентную связь между карбонильной группой и смолой, чаще всего амидо или сложным эфиром. связь. [6] Затем с аминогруппы снимают защиту и вводят в реакцию с карбонильной группой следующей, N-защищенной аминокислоты. Теперь твердая фаза содержит дипептид. Этот цикл повторяется для образования желаемой пептидной цепи. После завершения всех реакций синтезированный пептид отщепляется от гранулы.
Защитными группами для аминогрупп, в основном используемых в синтезе пептидов, являются 9-флуоренилметилоксикарбонильная группа ( Fmoc ) и трет-бутилоксикарбонил ( Boc ). Ряд аминокислот несут функциональные группы в боковой цепи, которые должны быть конкретно защищены от взаимодействия с поступающими N-защищенными аминокислотами. В отличие от Boc и Fmoc-групп, они должны быть стабильными в течение пептидного синтеза, хотя они также удаляются во время окончательного снятия защиты с пептидов.
Твердофазный синтез ДНК и РНК
Относительно короткие фрагменты ДНК , РНК и модифицированных олигонуклеотидов также синтезируются твердофазным методом. Хотя олигонуклеотиды можно синтезировать в колбе, они почти всегда синтезируются на твердой фазе с использованием синтезатора ДНК / РНК. Для более полного обзора см. Синтез олигонуклеотидов . Как правило, предпочтительным методом является химия фосфорамидита, разработанная в 1980-х годах.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Меррифилд, Брюс Артур (1963). «Твердофазный синтез пептидов. I. Синтез тетрапептида». Варенье. Chem. Soc . 85 (14): 2149–2154. DOI : 10.1021 / ja00897a025 .
- ^ Паломо, Хосе М. (2014). «Твердофазный пептидный синтез: обзор, посвященный получению биологически релевантных пептидов» (PDF) . RSC Adv . 4 (62): 32658–32672. DOI : 10.1039 / c4ra02458c . hdl : 10261/187255 . ISSN 2046-2069 .
- ^ Крчак, Виктор; Холладей, Марк В. (2002). «Твердофазная гетероциклическая химия». Химические обзоры . 102 (1): 61–92. DOI : 10.1021 / cr010123h . ISSN 0009-2665 . PMID 11782129 .
- ^ Меррифилд Б. (1986-04-18). «Твердофазный синтез». Наука . 232 (4748): 341–347. DOI : 10.1126 / science.3961484 . ISSN 0036-8075 . PMID 3961484 .
- ^ «Нобелевская премия по химии 1984 года - NobelPrize.org» . NobelPrize.org . Проверено 25 сентября 2018 .
- ^ Гийе, Фабрис; Орейн, Дэвид; Брэдли, Марк (2000). «Линкеры и стратегии расщепления в твердофазном органическом синтезе и комбинаторной химии». Химические обзоры . 100 (6): 2091–2158. DOI : 10.1021 / cr980040 + . ISSN 0009-2665 . PMID 11749285 .
дальнейшее чтение
- Твердофазная комбинаторная химия, см. [1]
- Амиды N- (пиримидин-2-ил) аминокислот в исследованиях лекарственных средств, см. Статью полностью