Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

p>О

N3

7n

R—N=C=o

промежуточный реакционноспособный .нитрен

Азнды можно перевести в более стабильное соединение, работать с которым удобнее, обработкой N-оксисукцинимилом:

О

О О

-с-^

R—СН—С—О—N

NH I

Z

Глава 2

В результате этой реакции получают устойчивый кристаллический «активированный эфир».

Активированные эфиры *

Аминолиз алкиловых эфиров — медленный, почти равновесный процесс. С термодинамической точки зрения пептидная связь немного прочнее. С химической точки зрения алкоксиды представляют собой ие очень хорошие уходящие группы. Однако существует возможность ускорить образование пептидной связи, используя эфир с лучшей уходящей группой, т. е. «активированный эфир». Аминолиз активированного эфира обеспечит энергию, необходимую для образования пептидной связи. я-Нитрофеиол — гораздо более сильная кислота, чем метанол (благодаря резонансной стабилизации аниона, см. выше), так что п-иитрофе-ниловый эфир аминокислоты — это активированный эфир. Такой эфир можно синтезировать из кислоты и п-нитрофеиола в присутствии конденсирующего (дегидратирующего) агента, ДЦГК (см. ниже). Пеитахлорфеиол также более сильная кислота, чем метанол (благодаря отрицательному индуктивному эффекту хлора, см. выше), так что его можно использовать при получении активированных эфиров.

R-CH-C-0-^^-N02 + H2N-CH^ NH Rl z

cooe

R—СН—C—NH—CH NH

coo6

4R'

+ eo

•-(3-NQ-

Активацию карбоксильной группы в присутствии нуклеофильиой аминогруппы in situ можно провести с помощью нескольких коидеиснрующих агентов.

К карбодиимидам относятся активирующие (дегидратирующие, конденсирующие) реагенты с общей структурой: ~

,R—N=C=N—R +s

Центральный атом углерода, окруженный с двух сторон атомами азота, имеет электрофильный характер и поэтому способен атаковаться различными электро-фильными агентами. Наиболее известны реакции карбодиимидов с кислотами. Например, со многими слабыми кислотами карбодиимиды вступают в реакцию

* Непрерывно предлагаются новые методы синтеза «активированных эфи ров». Во время подготовки этой книги описай еще один такой метод [361].

Биоорганическая химия аминокислот

88

присоединения:

SH

R—N=C—NH—R ?± R—NH—С—NH—R гпиоенольноя форма тиоуретин

S—Ph

R—N=C—NH—R

CN I

R—N=C—NH—R

Безводный HC1 экзотермически присоединяется к карбодиимиду с образованием дихлорпроизводиого, хотя минеральные кислоты катализируют гидратироваине карбодиимндов. Наибольшее значение, во всяком случае с целью синтеза био-

С1

2HCI I

Ph—N=C=N—Ph -*- Ph—NN—С—NH—Ph

дифеинлкарбодинмнд I

Cl

Ph—N=C—NH—Ph I

OH

Ph—HN—C—NH—Ph

днфеиилмочевииа

логически интересных соединений, имеют реакции с карбоновыми, фосфорными и сульфокнслотамн. В соответствующих условиях эти соединения присоединяются к карбодиимиду с образованием промежуточных соединений ангндридоподобной структуры и затем ангидридов кислот. Схема такой реакции с карбоновой кислотой приведена ниже (в гл. 3 обсуждается реакция карбодиимида с фосфорной кислотой в связи с проблемой нуклеотидного синтеза).

R—N=C=N—R + R—СООН

R—N—С—NH—R к—соо*

R-tN=Cj-NH—R

JO; r....J | ! ;0=C7-R'

нестабильной О-сцилмочевина (ангивриооповобный промежуточный

проЭукт)

Нестабильное промежуточное соединение может претерпевать либо перегруппировку с образованием мочевины, либо атаку второй молекулы кислоты и образование ангидрида кислоты. Таким образом, реакция карбодиимида с кислотой представляет собой способ синтеза биологических высокоэнергетических ангидридов кислот. Это дает также потенциальную возможность использовать карбоди-имид для синтеза пептидной связи. Например, ранее уже указывалось, что амины реагируют с ангидридами кислот с образованием пептидной связи. Кроме того, в мягких условиях, при которых карбодиимиды реагируют с карбоновыми кислотами (т.е. комнатная температура), не протекают побочные реакции. Например,

84

Глава 2

карбодиимиды вступают в реакцию иуклеофильиого присоединения со спиртами только при кипячении.

о

r И Л

r'—с—nt

V—nh—r (проект V 1>п 14 перегруппировки)

r'—C-fO-rC

О |

nh 9

I 2) R'COO^\_ II II II

r ^ r—с—о—с—r + r—nh—с—nh—r

о о

Прежде чем использовать карбодиимиды в пептидном синтезе, следует уделить внимание выбору заместителя R. Устойчивость алифатических и ароматических карбоднимидов зависит от природы заместителей, так что при хранении могут иметь место разложение или полимеризация. Длина алкильнон цепи незначительно влияет на устойчивость карбоднимидов. Напротив, разветвленность ал-кильиых заместителей при атомах азота существенно увеличивает стабильность соединений. Так, если днэтилкарбодиимид полимеризуется при хранении в течение нескольких суток, то дициклогексилкарбодиимид может храниться месяцами. Именно этот реагент и иашел наиболее широкое применение в белковом синтезе. Дициклогексилкарбодиимид (ДЦГК) можно использовать для синтеза пептидных связей:

О

^^)-NH—С—NH-^^> Вициклогексилмочеечна (ДЦГМ)

О II

r—СН —С—NH—СН—СООМе I I NH r'

3unenmufl

NH,

r'—СН—СООМе

вторая аминокислота реагирует с промежуточным ангиоривом

В мягких условиях (при 0°С) вторая аминокислота с защищенной карбоксильной группой реагирует ие с ДЦГК, а только с аигидридоподобным промежуточным соединением. Образующаяся дициклогексилмочевина (ДЦГМ) нерастворима в

Биоорганическая химия аминокислот

85

большинстве органических растворителей, поэтому наиболее часто ее отделяют от продуктов реакции путем простого фильтрования. Однако полностью удалить следы ДЦГМ иногда бывает трудно. Поэтому иногда необходимо использовать карбодиимиды, растворимые в водных средах. Одни из таких карбодиимидов — гидрохлорид 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиимида. Уретаиовое производное, образующееся в результате реакции такого карбодиимида, растворимо в воде.

Н3С—СН2—N=C=M—(СН2)3—N(CH3)2 • НС1

Поэтому после завершения реакции в органической среде непрореагировавший карбодиимид н мочевину удается просто отмыть водой. Следует отметить, что вследствие образования азлактоиов из ангидридоподобных промежуточных соединений в довольно значительной степени при синтезе белков (пептидов) может проходить рацемизация. Однако при синтезе коротких пептидов эта помеха минимальна.

Реагент Вудворда как дегидратирующий агент находит гораздо меньшее применение, чем карбодиимиды. Вначале проходит реакция с карбоксильной группой после катализируемого основанием разложения изоксазолиевой соли:

-основание

изоксазолиевое кольцо

ангиВрийопойобный интпермебиатп

NH—PG

Н

реакционно-способный -0^____ кетенопойобный f Н* углерос (+6

CHj

R—СН—С I

NH I

Z

(возможно NH \ образование

азлсктона) СН3 H2N—СН

СН

\

R'

СООМе

NH—Z

NH

сн реакционнй-3 способный эфир енола

R

С—СН—NH—Z

HN—СН—СООМе

NH R'

йипептий

СН,

86

Глава 2

Присутствие основании в реакционной среде неблагоприятно: могут иметь место различные побочные реакции, включая рацемизацию.

ЭЭДХ, или реактив Белло (2-этоксиэтоксикарбоиил-1,2-дигидрохинои),—также конденсирующий агент, нашедший применение в пептидном синтезе [7]. ЭЭДХ легко синтезировать из хннолина и хлоругольиого эфира:

ЭЭДХ не реагирует с аминами в мягких условиях (при комнатной температуре). В гидроксилсодержащих растворителях не происходит алкоголиза карбэтокси-группы, однако в присутствии следов кислот Льюиса (например, BF3) этокси-группа замещается. Этоксигруппа — хорошая уходящая группа, отщепление которой происходит при протонировании. Протеканию этой реакции способствует возможность образования ароматической системы:

Карбоксигруппа охотно присоединяется к катиону, после чего происходит образование смешанного ангидрида. Последний в свою очередь реагирует с аминогруппой второй аминокислоты с образованием пептидной связи. Кроме того, образующийся таким образом смешанный ангидрид ие накапливается в растворе (его образование лимитирует скорость всего процесса), а сразу атакуется амином Поэтому образования азлактона не происходит и не происходит существенной рацемизации в процессе полипептидного синтеза. Образовавшийся смешанный ангидрид атакуется второй аминокислотой лишь по одной из двух карбонильных групп с образованием диоксида углерода и этанола в качестве побочных продуктов. Причина такого поведения обсуждалась ранее (см. образование пептидной связи через ангидриды кислот).

Избирательность ЭЭДХ к карбоксигруппе легко понять, если учесть, что замещение этоксигруппы любым другим иуклеофилом (т. е. реакция замещения

Биоорганическая химия аминокислот

S7

со спиртами или тиолами) приводит к соединению, по строению аналогичному исходному. Напротив, замещение карбоксильной группой, протекающее через ше-

любой СООН "Рунический

, « гчу/ растворитель^ if ^1

OEt

I г

-s^OEt.CHv

r >Nh_z

o^f-o^CH:

r

OEt

NH I

Z

"OEt wn\

'NH—Z

00

о о

+ ЕЮ t О t СН

(не накапливается;

образование азлактона

NH— Z не происходит)

H2N—СН(^

r'

СООМе

, r—СН—С—NH—СН^

L СООМе

+ со; + ЕЮН

стнчлеиное переходное состояние, приводит к образованию стабильной ароматической структуры с 10 л-электронами.

Ангидрид Лейкса. Взаимодействие незащищенной аминокислоты с фосгеном лежит в основе простого метода синтеза пептидной связи. Реакция начинается с N-ацилирования аминокислоты и последующей циклизации с образованием

88

Глава 2

.реакцнониоспособного ангидридоподобного интермедиата:

соое о

R— СН^

nh, а

язосген

R_ Р J)

hn Vh-ch' «— hn4 Со h2n—снС

соое

(карбаминоеая кислота) ангиориВ Лейкса»

-со,|н

II Л'

R—СН—С—NH—СНХГ

.I соо9>

®nh3

Эипептий

Образовавшийся ангидрид подвергается иуклеофнльной атаке по одной из двух карбонильных групп, так как вторая карбонильная группа менее электрофильиа (окружена с двух сторон атомами азота и кислорода) и одновременно является лучшей уходящей группой. Карбамат легко разлагается на пептид и диоксид углерода. Фосген играет роль конденсирующего агента, так как после образования ангидрида происходит его замещение второй аминокислотой. Ангидрид ие выделяется. Карб

страница 15
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (8.62Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.06.2017)