Syntéza na pevné fázi

ORGANICKÁ SYNTÉZA NA PEVNÉ FÁZI
OCH/OSPF
ZS 2012-13
1828 : První laboratorní syntéza
Příprava močoviny z kyanatanu amoného
Friedrich Wöhler
(1800-1882)
NH4 CN
O
T
H 2N
NH2
„Musím Vám říci, že mohu připravit močovinu, přičemž k tomu
nepotřebuji ani ledvinu, ani žádný živý organismus, ať už člověka
nebo psa…“
(Z Wöhlorova dopisu J.J. Berzeliovi)
Obrovský rozmach - V následujících sto letech více než 1 milion organických sloučenin
Organická syntéza = určitá podobnost s gastronomií
Rozdíl:
Kuchyňská syntéza: reakční směs = hotový produkt
Laboratorní syntéza: reakční směs nutno rozdělit
(„Tohle kdybych sněd celý, tak se mi budou zejtra u prdele rojit včely“)
Zdeněk Pohlreich
TV Prima 2010
Kritický krok – izolace produktu z reakční směsi:
Destilace
Extrakce
Srážení a filtrace
(odsávání)
Markantní vliv faktoru izolace v roztokové chemii - mnohastupňové syntézy, např.
totální nebo peptidové syntézy:
O
R1
PS
R1
O PS´
NH
O PS´ +
NH2
R2
PS
R1
O
O
O
R2
OH
NH
NH
PS
O
N
H
O
dipeptid
R2
NH2
N
H
O
O
PS´
+
R3
PS
R1
O
O
R1
O
R2
OH
R3
NH
PS N
H
NH
N
H
O
tripeptid
O
R1-x
H
N
H
n
OH
peptid
PS (PS´) = protektivní skupina
O
O
PS´
PS´
1963: Syntéza na pevné fázi
Příprava tetrapeptidu (L-Leu-L-Ala-L-Gly-L-Val)
Merrifield, R. B. Solid phase peptide synthesis. I. The synthesis of a
tetrapeptide. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 2149-2154.
› 5 800 citací
NO2
Robert B. Merrifield Pol
(1921-2006)
R1
NO2
O
HN
Pol
+
Cl
PS
PS N
H
O
O
NO2
H 2N
Pol
R2
O
+
R1
Pol
O
OH
NH
H PS
N
NO2
R1-x
Pol
N
O
R2
PS
O
NO2
R2
O
OH
R2
O
R1-x
hydrolýza
NaOH
N
H
O
O
N
H
HO
O
H
n
H
n
Pol = Polystyrenová pryskyřice
 Nejčastěji používaný polymerní nosič pro SPOS
 Kopolymer styrenu a 1-2% divinylbenzenu , částice cca 100 mm
 Stupeň substituce funkčních skupin X obvykle cca 1 mmol/g

Stupeň zesíťování (1-2 % DVB) zajišťuje vhodnou mechanickou stabilitu a
nebrání bobtnání polymeru

Stupeň substituce (cca 1 mmol/g) zajišťuje rozumnou výtěžnost cílových
sloučenin a přitom neovlivňuje schopnost bobtnání polymeru
Další typy pryskyřic: např. na bázi polyethylenglykolu,
polysacharidů, křemičitanů apod.
Bobtnání „vyzpytatelné“ – vliv typu rozpouštědla
Bobtnání „nevyzpytatelné“– vliv rozdílných šarží polymeru
Bouillon I., Soural, M., Marvin M., Krchnak V., Resins with Identical
Specifications Are Not Identical. Identifying a Useful Solid-Phase
Resin. Journal of Combinatorial Chemistry 11(2), 213-215, 2009
Polystyrenová matrice způsobuje totální nerozpustnost reakčních
intermediátů v použitých rozpouštědlech, důsledkem je:
 Univerzální a jednoduchá izolace bez ohledu na charakter (mezi)produktů
 Jednoduché instrumentální vybavení
 Snadná možnost (polo)automatizace syntézy
Jak šetrně odštěpit (mezi)produkt z pevné fáze?
Linker = spojnice mezi polymerním nosičem a imobilizovanou komponentou
umožňující odštěpení cílového produktu z polymeru za přesně definovaných
podmínek
neštěpitelná
vazba
+
linker
linker
+
výchozí
látka
štěpitelná
vazba
linker
výchozí
látka
Základní rozdělení linkerů podle typu štěpení:
 Labilní vůči elektrofilům
 Labilní vůči nukleofilům
 Štěpitelné UV zářením o specifické vlnové délce
 Enzymatické štěpení
Soural M., Hlavac J., Krchnak V. Linkers for Solid-Phase
Peptide Synthesis - book chapter in Amino Acids,
Peptides and Proteins in Organic Chemistry Vol.3Building Blocks, Catalysis and Coupling Chemistry,
WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 273-312, 2010
Kysele labilní linkery - více než 60% v současnosti používaných linkerů
O
R1
O
X
O
R1
Y
Z
X
N
Y
R2
X
R1
O
Y
Z
Z
1.2
1.1
X
R1
N
Y
R2
1.3
Z
1.4
Z: anchoring group
R1 = alkyl or aryl
R2 = H or alkyl
X = Y = H (benzyl)
X = H, Y = Ph (benzhydryl)
X = Y = Ph (trityl)
„Ladění“ stability, např :
HO
HO
O
O
HO
HO
O
O
4
O
HN
Štěpení:
O
O
PAM resin
Wang resin
SASRIN resin
(super acid sensitive resin)
HF (TFMSA)
50% (95%) TFA
1% TFA
klesající stabilita v kyselém prostředí
HN
O
HAL resin
(hyper acid labile)
0.1% TFA
O
NH2
O
O
HO
+
H
N
Acylace
O
O
O
O
O
Reduktivní
aminace
H
N
O
NH
O
O
R1
Acylace
O
O
H
N
N
O
O
N
O
H
O
R2
O
R1
R2
N
H
H
O
H
O
R1
O
O
O
R1
R2
N
R1
+
O
HN
R2
N
O
O
O
N
H
O
R1
O
O
O
R2
N
H
O
NH
HN
R2
R1
Porovnání syntézy na pevné fázi a syntézy v roztoku
(výhody vs. nevýhody)
Parametr
Syntéza v
roztoku
Syntéza na pevné fázi
Syntetický krok navíc
Žádný
Imobilizace v.l. a štěpení
koncového produktu
Poměr reaktantů vůči výchozí látce
Ekvivalentní
Výrazný nadbytek
Optimalizace reakcí
Krátká
Zdlouhavá
Analýza
Přímo z reakční
směsi
Vyžaduje štěpení
Izolace
Časově náročná
Rychlá a jednoduchá
(Polo)automatizace
Složitá
Jednoduchá
Ztráta produktu během izolace
Částečná
Žádná
Syntetizované množství
Libovolné
Malé