Handout OBC Seminar SoSe 07

Handout OBC Seminar SoSe 07
Wie kann bei der chemischen Peptidsynthese die
richtige Sequenz gewährleistet werden?
!Durch die passende Kombination von permanenten und temporären
Schutzgruppen, möglichst nach dem Orthogonalitätsprinzip (temp.
und perm. Schutzgruppen werden durch völlig unterschiedliche Mechanismen
gespalten)!
Peptidsyntheseablauf:
1. Permanente Schutzgruppen einführen :
FEST: C-Term an Linker geschützt (Linker je nach Strategie)
FLÜSSIG: C-Term wie auch fktnelle Gruppen möglichst orthogonal
schützen
UND temp. Schutzgruppe an Aminoende haben (je nach Strategie)
2. ENTSCHÜTZEN: temp Schutzgruppe vom Aminoende von AS1
abspalten
3. KOPPLUNG: aktivierte (an Carboxy) AS2 zugeben (an N und fktneller
Gruppe entsprechend geschützt)
4. Nach Ende der Synthese permanente Schutzgruppen abspalten
(ACHTUNG: so mild wie möglich, damit Peptidbindung dabei nicht
kaputt geht)
Temporäre Schutzgruppen
1. Die Z-Schutzgruppe (auch Cbo = Benzyloxycarbonyl)
-
leicht hydrogenolytisch spaltbar temporär nutzbar
-
acidolytisch nur drastisch spaltbar( 2M HBr in Eisessig oder HF)
permantent nutzbar
- Einführung über Benzylchlorformiat:
Oder über Benzyloxycarbonyl-N-Hydroxysuccinimid:
-
milde hydrolytische Spaltung:
-
drastische sauer Hydrolyse mit sehr starker Säure wie HBr
 Methode nicht mehr so oft angewandt, da Abspaltung so drastische
Maßnahmen erfordert
2. Die Boc-Schutzgruppe (= tert-Butyloxycarbonyl)
-
Einführung über tert-Butyloxycarbonyl-Azid
-
Spaltung unter sauren Bedingungen mit 20-50% Trifluoressigsäure in
Dichlormethan
 Boc/Bzl-Strategie:
-
Beruht auf der abgestuften Labilität der temp. zu perm.
Schutzgruppen: hier müssen also die permanente Schutzgruppe
säurestabiler sein (v.a. ebgeleitete Verbindungen von Benzylestern, ethern oder -urethanen)
3. Die Fmoc- Schutzgruppe (= 9-Fluorenylmethoxycarbonyl)
-
Synthese über 9-Fluorenylmethyl-Oxycarbonylchlorid
Oder über (Fmoc-Osu) 9-FLuorenyl-methyl-Succinimidylcarbonat
ACHTUNG: Deprotonierung der Aminosäure nur über sehr schwache Base,
da sonst Schutzgruppe gleich wieder mit abgespalten wird.
-
Spaltung durch β-Eliminierung in Dimethylformamid mit Basen wie
Peperidin, Piperazin oder Morpholin:
 Fmoc/tBu-Strategie:
Sehr erfolgreich wegen orthogonalitätsprinzip: Aminogruppe durch Fmoc
geschützt und permanente schutzgruppen sind säurelabil, aber stabil
gegen basen 
4. Permanenter Schutz der funktionellen Gruppen der AS:
Die wichtigsten Schutzgruppen für die
Seitenkettenfunktionen:
Bei Boc-Benzyl-Strategie:
Die permanenten Schutzgruppen bei dieser Strategie sind auch
säurelabil, allerdings nur unter drastischeren Bedingungen
Fktnell Abspaltbar Abspaltbar mit
Abspaltbar mit Abspaltbar
e
mit HF
Trimethylsilyl- Trifluormethan mit HBr/HAc
Gruppe
Trifluormethan
-Sulfonsäure
von
sulfonat
Arg
Asp
Cys
Glu
His
Lys
Mts
Tos
NO2
OBzl
Acm
pMeBzl
pMeOBzl
Obzl
Bom
Dnp
Z (=Cbo)
2-Cl-Z
Bzl
Bzl
CHO
2-Br-Z
Mts
MBs
Mts
Mts
OBzl
Acm
OBzl
Acm
pMeOBzl
OBzl
Acm
pMeOBzl
Bom
Dnp
Z (=Cbo)
2-Cl-Z
Bzl
Bzl
CHO
2-Br-Z
Obzl
Bom
Dnp
Z (=Cbo)
2-Cl-Z
Bzl
Bzl
CHO
2-Br-Z
Obzl
Bom
Z (=Cbo)
2-Cl-Z
Ser
Bzl
Thr
Bzl
Trp
CHO
Tyr
2-Br-Z
di-Cl-Bzl
spaltbar, also bei 20-50% TFA in Dichlormethan stabil.
Bei Fmoc-tBu-Strategie:
Die permanenten Schutzgruppen sind basenstabil und können
nach Fertigstellung der Synthese sauer mit Trifluoressigsäure
gespalten werden :
Fktnelle Gruppe
Abspaltbar mit TFA
Arg
Pmc
Pbf
Asn
Trt
Tmob
Asp
OtBu
Cys
Trt
tBu
Acm
Gln
Trt
Tmob
Glu
OtBu
His
Trt
Lys
Boc
Ser
tBu
Thr
tBu
Trp
Boc
Tyr
tBu
5. Permanenter Schutz der Carboxygruppe
Flüssigsynthese:
Je nach Strategie: Fmoc:basisch stabil. Z.B. Boc
 Boc: stabil bei TFA z.B. O-Benzyl-
Festphasensynthese:
Schutzgruppe für α-Carboxlgruppe ist Linker: Je nach
Synthese muss er basen oder TFA-Stabil sein. Außerdem muss
er variiert werden, je nachdem ob freies, geschütztes oder
teilweise geschütztes Peptid entstehen soll
Bsp: Merrifield-Harz
(Funktionen am
Carboxlende können sein Säure, Säureamid, Ester, Hydrazid;
spalten mit Nucleophilen, HF…)
oder PAM-Harz
(Säure; HF) für Boc, Wang(Säure;TFA95%) oder HMPB-Harz
(Säure; TFA/DCM 1%v/v 15-30min )für Fmoc.
Aktivierung der Carboxygruppe der anzukoppelnden
Hohe Energiezufuhr für Peptidbdgbildung nötig, weil
Säureramidgruppe höheres Gruppenübertragungspotential hat als
Carboxygruppe. Einfach so mehr Energie rein gäbe aber viele
Nebenreaktionen.
 Die Aktivierung der Carboxylgruppe wird durch Erhöhung
der Elektrophilie des C erreicht, also durch Substituenten,
die Elektronen ziehen (-I, -M)
Direkte Aktivierung durch Carbodiimide
 Bildung eines labilen O-Acyl-Isoharnstoff-Derivats: ( meist in Dichlormethan
(event. Mit Dimethylformamid), muss gekühlt werden zur Vermeidung von
Nebenreaktionen)
In Boc /Bzl oft Dicyclohexylharnstoff verwendet (andere strategieen schwer, weil
Nebenprodukt Dicyclohexylharnstoff in vielen LM unlöslich)
Indirekte Aktivierung über Aktivester
 indirekte Aktivierung weiter aus Isoharnstofderivat zur Vermedung von
Nebenreaktionen Anwesenheit stöchiometrischer Mengen von HydroxylaminDerivaten
rasche Bildung reaktionsfreudiger Ester
 um Nebenreaktionen durch intermediären Isoharnstoffderivat zu vermeiden
werden Aktivester aus Uroniumsalzen gebildet:
BOP= (Benzotriazol-1-yloxy)-(tris-(dimethylamino))-Phosphonium Hexafluorophosphat
PyBOP= (Benzotriazol-1-yloxy)-(tris-(pyrrolidino))-Phosphonium hexafluorophosphat
TBTU= O-(Benzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-Tetramethyl-Uronium hexa-fluorophosphat
HBTU= O-(benzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyl-Uronium hexafluorophosphat
Aktivierung über intermediäre Anhydride reagieren schneller als Aktivester
2 Äquivalente n-Term. Geschützter AS + 1 Äquivalent Carbodiimid intermediärer
O-Acyl-Isoharnstoffderivat kann mit den beiden AS zum symmetrischen Anhydrid
weiterreagieren:
 schlecht, weil doppelte Menge an AS nötig
Gemischte Anhydride  nur 1 AS, gerne mit Kohlensäureestern (isobutyl für R)
 Nebenprodukte sind dann nur CO2 und Isobutanol