Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

лице 6 приведены сложно-эфирные группировки, используемые в настоящее время для защиты карбоксильной функции.

Наиболее широко применяются бензнловые и трет-бутиловые эфиры, реже — метилоаые и этиловые эфиры. Бензиловые эфиры и их производные получаются прямой этерификацией аминокислот в присутствии кислотных катализаторов или обработкой защищенных производных аминокислот бенэилбромндом в щелочной среде. В тех случаях, когда этерификация не может быть использована, применяются специальные реагенты, обычно рекомендуемые для

Таблица б

СООН-Защитньн: группы

№ п/п Сложный эфир Формула Сокращение Условия отщепления Год открытия Авторы

1 Бензиновый OBzl H,/Pd. OH" 1929 П. Роччи, Р. Ратти, Е. Хекци

2 п- Нитробенэилов ый -О—СН—^^-NOj OBzl(NOs) H,/PdjOH" 1955 Р. Швицер. Б. Изелин, М Ферер

3 п -Метокснбензило- ВЫЙ -О— СН ,-^~^-осн> OBzl(OMe) CF,COOH,0°; H,/Pd 1962 ф Веяганд, К. Хуигер

4 трет- Бутиловый -0-С(СН.), OBu* CF.COOH; HCI/CH.CI, 1959 Е- Ташнер, Б. Лиоер, К. Василевский

5 4-Пнкол иловый -°-c*-G OPic OH~;H,/Pd; Na/NH, 1969 Р. Кэмбл, Р. Гарнер, Г. Янг

6 Фенашшовый о сн, со с,н, OPac H,/Pd; тиофено-лят натрия 1964 Дж Шиэн, Г. Лэвнс

7 9-Флуореннл метиловый —о—сн—( ] о OFm 10%-иыЯ пиперидин, вторичные илн третичные амины в ДМФА 1983 М. Беднарек, М. Бодднский

8 Фен иловый -о с.н, OPh он"/н,о, (рН 10,5) 1972 Г. Кеннер, Дж. Снлн

образования сложноэфирных связей, в именно: М,г4'-дициклогек-снлкарбоднимнд (часто а присутствии катализатора 4-диметил-аминопнрнднна) и N,N карбоннлдннмидаэол

133

Синтез

и химическая модификация бепков и пептидов

Ш— NH—CHR—COOCs + C.H.CH.Br

-NH—CHR—СО OBzl

-NH—CHR—СООН 4 ^ ^—N- С -N—^ ^

-NH—CHR—CO—О—С

r'oh , / -_ X —NH—CHR—CO OR *0 С

с

II

M^N'' ^N^N

I—NH—CHR—СООН + I J

I—NH—CHR—CO—N N -»- X -NH—CHR—CO OR + HN ^N

трет-Бутиловые эфиры аминокислот получают присоединением изобутилена в условиях кислотного катализа, например:

X—NH — CHR—СООН + СН2:

¦ X—NH—CHR—СО ОС(СН3)3

Для блокирования карбоксильных групп в ряде случаев применяют солеобразованне, хотя при этом не исключаются побочные реакции в ходе синтеза. Выбор СООН-защитных групп в пептидном синтезе не столь велик и не всегда обеспечивает потребности экспериментатора, особенно в тех случаях, когда синтезируются пептиды, содержащие acnapai нновую и глутаминовую кислоты.

Защитные группировки для функциональных групп боковых цепей аминокислот. В ходе пептидного синтеза обычно оказывается необходимым защищать функциональные группы боковых цепей аминокислотных остатков; в любом случае следует блокировать t-'-NHj-группы лизина и SH-группы цистеина. Блокирование других боковых функциональных групп не всегда строго обязательно.

134

Белки и пептиды

Существуют два различных тактических подхода к синтезу пептидов — с максимальной защитой боковых функций аминокислот и с минимумом защитных группировок. В первом случае удается резко ограничить возможность побочных реакций в ходе синтеза, а во втором — существенно облегчить конечное деблокирование защищенного производного пептида. Выбор соответствующего варианта определяется в основном природой синтезируемого пептида. Так как сохранение реакционноепособных функциональных групп в пептиде сокращает методические возможности экспериментатора, в подавляющем числе синтезов защищают боковые группы Ser, Thr, Туг, Arg, His, Asp, Glu. Важнейшие из защитных группировок перечислены в таблице 7.

Для гидроксил содержащих аминокислот наиболее употребительны бензнльная и трет-бутильная защитные группы. Вое—Ser(Bzl) —ОН полу а юте я прямым алкилированнем Вое—Ser—ОН бензилбромидом в присутствии натрия в жидком аммиаке или гидрида натрии в диметилформамиде {выход око ло 50%). Вое—Thr(Bzl)—ОН более труднодоступен, выход его в тех же условиях составляет лишь 10%. С таким же низким выходом О-бензил-треонин получают и при этернфнкацнн карбоксильной и гндроксильиой групп бензиловым спиртом в присутствии п-толуол-сульфокислоты с последующим щелочным омылением сложного эфира.

О-трет-Бутиловые эфиры гидроксиамииокислот образуются с хорошим выходом при обработке свободных аминокислот илн их метиловых эфиров нэобутнлеиом в присутствии кислоты (Н SO TosOH,BF.s- EljO). О-Беизилтироэин получается при алкилировании медного комплекса тирозина бензилбромидом:

Boc-Ser-OH + С6Н5СНзВг -Bcc-Thr-OH + С6НБСН3ОН

Na/NH3

NeH / ДМФА ToiOH

......

)-OH

Boc-Thr Bzl l-OBzl

Boc-Thr(Bz1)-OH

H-Ser-OMe -(СНзЬС—CH, ^ H-Ser(A)-OH

ToiOH ^^щ?

Основной побочной реакцией при ациполитическом удалении бензильной группы тирозина является алкилирование (бензил-катионом) его ароматического кольца с образованием 3 бензилтирши на. Для уменьшения степени протекания этого процесса при обработке пептидов жидким HF обычно используют защитные добавки (анизол, тноанизол), которые играют роль своеобразных ловушек («скэвенджер») для реакциоиноспособных катионов. Ряд защитных групп для тирозина, хорошо зарекомендовавших себя в твердофазном синтезе (группа 3, 4 и особенно 5, табл. 7), отличаются существенно меньшей способностью алкнлировать кольцо Туг при ацидо-лизе. Эти группы вводятся путем обработки производных тирозина соответствующим алкилгалогенидом (например, 2,6-дихлорбенэил-бромидом или циклогексеном в присутствии BFd-Et.^O).

Для защиты мерквптогруппы цистеина широко употребляются 135

группы 7 — 10, ранее применявшаяся S бензильная группа (6) -

уступила место другим, более легко удаляемым группировкам. Сиитеэ

Обычным способом получения S-бензилцистеина, 5-(п-меток- и химическая модификация

си) бензилцистеина и S-тритилцистеина является обработка цистеи- белков и пептидов на в щелочной среде соответствующим хлоридом, например:

CH2SH

_СН—СООН -т-СНдО—<^ ^—CH..CI

сн

I

H.N—СН—СООН

igS—СН,—QCHi

S-трет-Бутил производные получаются при действии изобутилена в присутствии кислых агентов Hi>SO.j, BFj-Et,>0, HBr'CHjCOOH и др.):

CH3SH СНг—S— Bul

I (СНаЬС СНЭ .

Pth—NH—СН—СООН -*-Pth—NH—СН—COOBu1

HsSO*

Широко применяемая ацета ми домети льна я группировка вводится обработкой цистеина в кислой среде ацетамидометанолом:

CHjSH СН.—S— CHtNHCOCH,

CHsCONH*— СНаОН

HCI-NH—СН—СООН -в"-НС1 ¦ NHi—СН—СООН

н +

В силу высокой основности боковая цепь аргинина в большинстве случаев в условиях синтеза остается протонированной и прото-нированне является одним из вариантов защиты гуани иновой группы. Защитные группы для гуанидиновой группировки, удовлетворяющие всем необходимым требованиям, пока не найдены. Нвшед-шие применение Arg(Tos)- или Arg(Mts)-npoH3BOflHbie получают обработкой Z-Arg, Boc-Arg или (MeO)Z-Arg соответствующим хлоридом (Tos-Cl или Mts-Cl) в снльнощелочной водно-органической фазе.

Таблица 7

Защита функциональных групп

п/п Защищаемая группа Блокирующая группа Формула Сокращение Условия отщепления Год открытия Авторы

ОН (Ser. Thr, Туг) Бензильнвя -снас„н( Bzl H,/Pd; HBr/CF.COOH; HF /анизол 1954 К. Окава

2 -"- грег-Бутяльная C(CHS)S CI ч_ Bul CF.COOH 1957 Г. Андерсон, А. Мак-Грегор

3 -ОШТут) 2 6 Дихлор ен энльная -сн;-0 CI CI Bzl HF /анизол (0°c 30 мин) 1973 Д. Ямаширо, Ч. Ли

4 З-Бромбен-зильная _ch,^Q Br BrBzl To же 1975 С. Пена, Дж. Стюарт, А. Паладини и др.

5 --- Цикпогексиль-ная -о cHex HF анизол (О "С. 30 мин) 1978 М. Энгельгард, Р. Меррнфнлд

6 -SH(Cys) Бензил ьная сн,с,н. Bzl Na/NH, j HF/аииэол (20°С. 30 мин) 1935 Р. Зифферд, В. Дю Виныэ

7 л-Метоксибен-зильная -ch~G^och' MBzl HF /аняэол (0°С, 30 мин); CF,COOH/Hg"-, Na/NH, 1964 С. Акаборн, С. Сакакнбара. Я. Шимоннши и др.

8 Тритнльная -С(С.Н,), Trt CoroiHg", Ag'jl,; CF,COOH- CH,CH,SH(1:1) 1956 Л. Зервас, Д. Теодоропулус

9 Ацетамндометил ычая -CH,NHCOCH, Acm Сопи Hg" (20°C, 60 мин, PH 4.0); 1, 1968 Д. Вебер, Д. Милковский, Р. Денкефальтер, Р. Хиршман

к» п/п Защищаемая группа Блокирующая группа Формула Сокращение Условна отщепления Год открытия Авторы

10 —SH (Суа) 1рег-Бутнлтно -S-C(CH,), SBu Тиолиэ (тиофенол, HS-CH,COOH; НО-СН,-СН,-SH) 1969 Э. Вюнш, Р. Спангенберг

11 -NH-C-NH, NH (NC.Arg) N ы -Нитро -NO, NO, H,/Pd;Na/NH,, HF аннзол 1934 М. Бергманн Л. Зервас, X. Ринке

12 -"- N ы -Тозил ьная -so-Q-CH' Toe Na/NH,; HF /аннзол (0°C. 30 мин) 1958 Р. Швицер, Ч. Ли

13 -"- N^-Моно-кли знлоксикарб ннльная -C0-0-CH.-Q z H,/Pd; HBr/CH,COOH 1957 Л. Зервас, М. Внниц, Дж. Грнлштейн

14 -"- Г^^-Меэитилен-2 сульфониль-ная сн, СН, Mis HF/анизол; CF.CO.H; CH.SO.H 1978 X. Яд жим М. Такеяма Дж. Канаки, К. Митани

15 •гТ н Диниттх) фенил ьная NO. Dnp Тиолнз (меркапто-этанол рН 8 0) 1967 С. Шалтиел

16 Тоэнльная Tos HF (0°С, 30 мин) HOBt 1969 С. Сакакнбара, Т. Фуджн

17 1Чг-Бензилок-симетильная — CH3 — OCHjC^Hg Bom H,/Pd 1981 Т. Браун, Дж. Джонс

18 -CONH, (Asn Gin) Бензгндрнл ьная -CH (C.H.), Bzh HF /аннзол 1967 С. Саквкибара и сотр.

19 2,4-Диметоксн-ензнльная -CH.^P>-OCH, OCH, Dml CF.COOH/анизол; HF/анизол 1968 Ф. Вейганд, В. Стеглих, Дж Бье'рнсои

138 При введении защитных групп в боковую цепь гистидина воз-

—--- можно образование двух производных по л- или т-атому азота

Белки и пептиды имидазольного кольца; в условиях обычной обработки N"-защищен-

ного гистидина арнл-, алкнл- или ацилгалогенндами в щелочной среде образуются в основном т-производные.

Наиболее распространенной, хотя и не идеальной, защитной группой для имидазольного кольца гистидина является тозильная (Tos, 16).

Предложенная в 1981 г. Т. Брауном и Дж. Джонсом Nim- (л) -бен-зилокснметильная группировка (Вот, 17) оказалась наиболее удовлетворяющей всем требованиям, так как получающиеся производные устойчивы к рацемизации, действию нуклеофилов и щелочей. Вое—His(Bom)—ОН синтезируют обработкой Вое—His(t-Boc) — ОМе бензнлхлорметнловым эфиром с последующим омылением метилового эфира:

Н - His - ОМе - Вое - His( г - Вое) - Оме -—-'-Вое - H.s(t - Bom) - ОН

2) NaOH/ Me ОН— н20

Блокирование боковых N-карбоксиамидных групп аспарагина и глутамина в пептидном синтезе применяется сравнительно редко. В некоторых случаях все же приходится использовать защитные группировки, наиболее употребительны из них группы 18 и 19.

Методы создания пептидной связи

Образование пептидной связи в общем сводится к отщеплению элементов воды.

I г---- I I .

X—|МН—СН—CO-f-OH + Hj~NH—СН—СО—Y --X—NH—СН—|

I — СН—СО—Y

Для того чтобы сделать эту реакцию возможной и, более того,

eeобеспечить ее высокую скорость и полноту, необходимо «активировать» карбоксильную группу. Такая активация должна сводиться '^У к увеличению электрофильности карбонильного углерода (С**..

—С Как легко видеть, важная роль в этом случае принадлежит груп-

пе X', которая в конечном счете определяет эффективность актива /*~Л ции. Методы конденсации обычно и различаются природой груп-

*х ' пы X'.

Хлорангидридный метод. Хлорангндрндный метод, упоминав- 139

шийся в историческом очерке, в настоящее время применяется -

редко, так как сопровождается рацемизацией и образованием по- Синтез

бочных продуктов. Хлорангидрнды получаются обычно обработкой и химическая модификация

производных аминокислот и пептидов хлористым тноннлом или белков и пептидов пятнхлорнстым фосфором.

R R

X—NH—СН—СООН BOCI^PCIa^ х_нн_сн_сос, -

R R "R

H3N — СН— СО — Y I ' -X—NH—СН- CONH — СН—СО-

Азидный метод. Метод Т. Курциуса находит широкое применение в синтезе пептидов.

R I

X—NH—СН—COV

X—NH—СН—CONH— NH,

X—NH—СН—СО—NH—NH—X,

X—NH—СН—С

H3N—СН—COY рН 7,8, О С; 24ч

R R1

I I -X—NH—СН COtJH —СН—СО—V

Гидразиды получаются либо прямым гидразинолизом эфиров чащи щенных аминокислот или пептидов, либо из защищенных гидрази-дов (—СО—NH —NH—Z—, - СО—NH —NH—Вое и т. д.). Перевод в азиды осуществляется обработкой водным раствором нитрита натрия в кислой среде при —5 °С или действием изоамил-нитрита или трет-бути л нитрита при —20 С в органическом растворителе (модификация Хонцля и Рудингера, 1961). Азиды можно получать и непосредственно из НООС-производных с помощью дифенилфосфорилаэида N3PO(OC(jH5)2, применяемого в качестве конденсирующего агента (в частности, для получения циклопеп-тидов).

140

Белки и пептиды

Азидный метод не свободен от недостатков Основная побочная реакция — перегруппировка Курциуса:

т R—NH—СО—NH-—R1

.[R_N=C = О] Иэоциана!

- R—NH—СО—NH—R

Производные мочевины

- R—NH—СО—OR1

Направление н степень протекания этой перегруппировки определяется структурой азида и условиями реакции. Хотя при азндной конденсации рацемизация саедена к минимуму, ее нельзя не учитывать, особенно при блочном синтезе; в качестве основания рекомендуется использовать не триэтиламин-, а N-метилморфолин или N-этилдииэопропиламин.

Метод ангидридов. Симметричные ангидриды ацила ми но кислот легко получаются обработкой последних днциклогекснлкарбо-диимидом (ДСС) или этоксиацетиленом, например:

R R

I осе I

X—NH—СН—СООН -— (X—NH—СН—СО) О

При реакции с аминокомпонеитом образуются пептиды:

(X—NH—СН—СОЬО + HgN—СН—СО—V—

—СН—СО—V

Метод в последнее время используется в твердофазном синтезе (см. с. 65).

Более распространенным является применение смешанных анги дридоо. в частности с производными угольной кислоты, получаемых с помощью изобутилхлоркарбоната (Р. Воган, 1951).

R ко X—NH—СН—СОО + iBu-O-COCI "-М«™».орфо,.н . X-NH-CH_C^ •

-15° С, 1 _ 3 мин \j

ВиО—С

" R R' ^

HjN—СН—СО—? -15е С, ЭОмин

I I О

. X—NH—СН— CONH —СН—CO—Y + iBuOH +СОг

Быстрый ступенчатый метод синтеза пептидов с использованием избытка смешанных ангидридов носит название REMA-синтеза.

К этой группе методов можно отнести и синтез пептидов с применением в качестве конденсирующего средства 1-этоксикарбо-иил-2-этокси-1,2-дигидрохинолина. Перспективны также смешан

141

Синтез

химическая модификация белков и пептидов

[ |] J[ + R—СООН-

I

он,о—СО

-R—СО— О—СООС^Ц R—"CONH —R1

ные ангидриды на основе производных ацил оке ифос фони я получаемые с помощью дифенилфоссрорилхлорида (CHsCOjPOCl, тетра-этилпирофосфита (CjrUO) jPOOPO (ОС .-НО 2 или дифенилфос-финилхлорида (СН,) _>Р0С1. Основные побочные процессы при их использовании — это образование уретанов или оксазолонов и и пропорционирование

Метод активированных эфиров. Среди арильных активированных эфиров наиболее широко используются п-нитрофениловые (—ONр) (М. Боданскии 1956), 2,4 динитрофениловые, о-нит-росрениловые и о-нитротиофениловые, 2,4,5 трихлорфеииловые (—ОТср), пентахлорфениловые (—ОРср). Особое значение приобрели недавно предложенные Л. Кишфалуди высокореакцион-носпособные пентафторфениловые эфиры (—OPfp). Ариловые эфиры этих типов получаются обычно из соответствующих фенолов с помощью карбодиимида.

В пос

страница 19
< 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 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.10.2017)