Попытка объединить преимущества метода проведения реакций в растворах с возможностями твердофазного синтеза привела к использованию в качестве носителя полиэтиленгликоля (ПЭГ) . Этот полимер растворим в большинстве органических растворителей, однако может быть легко осажден добавлением избытка диэтилового эфира. Реакционная способность связанных с ПЭГ субстратов изменяется в широких пределах, и реакции с участием таких реагентов мало отличаются от обычных реакций в растворах.
При этом процедура очистки целевых продуктов от исходных реагентов существенно упрощается благодаря хорошей способности ПЭГ-про- изводных к кристаллизации. Примером библиотеки, полученной таким путем, является коллекция сульфамидов (12.9). Твердофазный синтез, как уже отмечалось выше, возник в начале 60-х гг., когда R.B. Merrifield [37] предложил новый метод наращивания пептидных последовательностей. Основная идея заключалась в том, что первый аминокислотный остаток в такой последовательности должен быть связан с нерастворимым полимером. В то время иммобилизацию на твердом носителе «строящейся» белковой молекулы осуществляли введением в полистирол хлор- метильных групп, которые использовали для алкилирования карбоксильной группы первого остатка аминокислоты (схема 12.14). Каждый новый остаток вводили с помощью повторения двух операций: а) снятия аминной защиты; б) связывания со следующим защищенным по аминогруппе остатком кислоты под действием цикло- гексилкарбодиимида. На всех этапах реакционная система оставалась гетерогенной, а растущий биополимер — связанным с нерастворимым носителем. Этот метод позволил значительно снизить потери на стадиях выделения и очистки. После создания необходимой последовательности аминокислот, полученный пептид снимали с полимера с помощью восстановительного расщепления, а затем очищали хроматографически. Поскольку такой синтез проводят без очистки интермедиатов, выходы на каждой стадии должны быть очень высоки. Иначе, если на какой-либо стадии аминокислотный остаток не введен, в результате будет получен пептид с нарушенной последовательностью. Так, при синтезе цепи, содержащей 25 остатков с достоверностью введения каждой единицы 99% требуемую аминокислотную последовательность имеют только 75% конечных цепей.
Можно предположить, что при синтезе цепи из 100 остатков, если каждая последовательность имеет хотя бы один дефект, выход «совершенного» пептида крайне низок. Поэтому современные методы предполагают синтез отдельных коротких цепей, а затем «сборку» их в более длинный полимер. Для комбинаторных библиотек правильность последовательности не име ет такого значения, т.к. распознавание часто проводится после скрининга, когда уже отобраны наиболее активные образцы. В настоящее время существуют достаточно широкие возможности для твердофазного синтеза малых молекул. Главное достижение в развитии полимерных материалов для твердофазного синтеза связано с именами Е. Bayer и W. Rapp, которые создали TentaGel™ (Rapp Polymer) — привитой на полистирольную основу полимер ПЭГ (12.10). В середине 80-х гг. он нашел широкое применение в пептидном синтезе. В настоящее время из этого материала изготовляют мельчайшие гранулы (до 136 мкм в диаметре, 106 гранул/г), на которых и проводят «сборку» молекул органических веществ из соответствующих ВВ [8, Полистирольная матрица является базовым полимером. ПЭГ-фраг- мент выполняет роль линкера между матрицей и следующим линкером, удерживающим на носителе «строящуюся» целевую молекулу. Прогресс в этой области в значительной мере связан с появлением большого разнообразия линкеров, пригодных для синтеза как пептидных молекул, так и малых лекарствоподобных структур. Вид конструкции, полученной в результате твердофазного синтеза, представлен на рис. 12.3. Направление в твердофазном синтезе, связанное с поиском линкеров, возникло из химии защитных групп. Линкеры должны удовлетворять следующим требованиям: — быть доступными (простота синтеза и дешевизна); — обеспечивать надежную связь с привитым полимером; — легко расщепляться в мягких условиях, не затрагивая основную молекулу; — при расщеплении не допускать образования побочных продуктов («бесследные линкеры»); — быть пригодными для синтеза с использованием самых разных ВВ и для широкого набора реакций; — обеспечивать возможность многократного использования. Кроме того, желательно, чтобы линкеры имели структуру, существенным образом не влияющую на спектральный мониторинг реакций, происходящих на твердом носителе.
Линкеры принято классифицировать по способу расщепления связи, с помощью которой целевой продукт закрепляется на полимерном носителе. Кислотно-расщепляемые линкеры — наиболее распространенный вид линкеров в пептидном синтезе. В настоящее время данный вид линкеров нашел применение для закрепления на смоле различных классов органических соединений: бенздиазепинов, ами- нотиазолов, спиртов, амидов, производных гидроксамовой и кар- баминовой кислот, мочевин, сульфонилмочевин, аминов, амидинов и сульфамидов [29—31]. При планировании синтеза необходимо учесть, что сильно кислая среда на какой-либо из стадий может привести к преждевременному отщеплению еще «недостроенного» вещества. Кроме того, если целевой продукт неустойчив в кислой среде, то для его закрепления на носителе также нельзя использовать кислотно-расщепляемый линкер. Долгое время самым популярным был предложенный G.T. Wang и-оксибензиловый линкер. J. Ellman для закрепления спиртов использовал тетрагидропи- рановый линкер (схема 12.15), который в настоящее время применяют в синтезе пуринов, тетразолов, производных гидроксамовой кислоты [30]. Расщепление осуществляют воздействием трифтор- уксусной кислоты (ТФУ). Основно-расщепляемые линкеры приобрели распространение совсем недавно. Общая стратегия их использования базируется на промоти- руемом основаниями (3-элиминировании третичных аминов (схема 12.16) 132].
Сульфоновые линкеры получили широкое распространение с 1997— 98 гг. Группа —S02 более стабильна, чем большинство электроноакцеп- торных групп, и способна выдержать действие агрессивной среды, в частности, сильных кислот, нуклеофильных агентов (например, реактивов Гриньяра) или гидридов металлов (схема 12.17). Еще одним преимуществом линкеров данного типа является простота их расщепления путем образования промежуточного тиоэфира. Причем, такой эфир легко снова окислить в сульфон и тем самым немедленно предотвратить нежелательное расщепление, если оно оказалось преждевременным [33]. Фото-расщепляемые линкеры (схема 12.18) позволяют автоматизировать процесс синтеза. Однако при фотолизе могут быть повреждены такие фрагменты молекул, которые содержат кето- или нитро- группы. Поэтому перед стадией фоторасщепления они должны быть надежно защищены.
Силиконовые линкеры используют для закрепления карбоновых кислот, аминов, спиртов . Они впервые описаны J. Ellman в 1995 г. и с тех пор это направление активно развивается. Большинство силиконовых линкеров содержат арилсилановый фрагмент, который под действием кислот генерирует новую ароматическую С—Н связь в месте прикрепления целевой молекулы. Сохранить в продуктах реакции такие кислотно-расщепляемые группы как ацетальные, позволяет использование аллилсилана; расщепление происходит в мягких условиях (3% ТФУ в СН2С12). Линкеры, расщепляемые с помощью соединений переходных металлов, находят применение в синтезе некоторых циклических олефи- нов, включая дигидропираны, пиколиновые эфиры и лактамы Фрей- дингера. В качестве расщепляющего агента используют RuCl2(=CHPh)(P(C6Hn)3)2. В ряде синтезов применяют Pd-аллиловые комплексы или соединения Rh (II) [36]. Дальнейшее развитие химии линкеров, вероятно, будет идти как по пути применения уже известных моделей в новых реакциях, так и в направлении поиска оригинальных методов элиминирования.
Хиральные линкеры. Линкеров указанного типа мало, поскольку асимметрический синтез на твердом носителе пока не очень широко развит. Примером хирального линкера для энантиоселективного метода синтеза альдоля является производное тирозина левых веществ. Наиболее перспективными являются бесследные линкеры. К этой категории относятся рассмотренные выше сульфоновые и силиконовые линкеры. Преимущество последних — в простоте синтеза и расщепления. Особое внимание уделяется повышению стабильности линкеров в связи с необходимостью широкого использования в твердофазном синтезе активных нуклеофилов, таких как металлоорганические реагенты (например, алкиллитий) и металло- гидридов.
Добавить комментарий