化学合成

COMU – 更为安全和有效的肽偶联剂

 介绍

肽合成在很大程度上依赖于有效和可靠的偶联剂。低趋势外消旋化是一个关键的要求,而这对于固相肽的合成更是如此 – 为了可以进行大片段肽的合成,在较短的反应时间内实现量化产量非常重要。

关于肽键形成的方法已经有了许多的报道。如今最成功的方法包括使用脲/胍盐形成活性酯。该家族中最受欢迎的成员是基于苯并三唑衍生物(如HOBt或HOAt)的肽合成试剂,这两种衍生物也常作为添加剂用于碳二亚胺介导的肽偶联。

方案 1:苯并三唑衍生物HOBt和HOAt是常用于抑制肽偶联反应外消旋化的添加剂。HBTU、TBTU和HATU是目前基于HOBt和HOAt最成功的偶联试剂。

HBTU、TBTU和HATU是目前基于HOBt和HOAt最成功的偶联试剂。而这些成功的试剂如何得到改进的?来自西班牙的Fernando Albericio和埃及的Ayman El-Faham研究小组最近的结果表明,在偶联剂的亚胺部分引入氢键受体可显著提高性能。1 此外,将一个二甲氨基部分替换成一个极性更强的吗啉代基团将会带来最佳性能增强效果。

出于安全方面的考虑也使得对于改进的需求更为强烈。HOBt衍生物通常被认为是潜在的爆炸物。最近的重新分类使得廉价的运输和储存越来越困难。为了寻找苯并三唑的有效替代品,Albericio和El-Faham研究小组表明(羟基亚氨基)氰基乙酸乙酯(Oxyma)将会是HOBt或HOAt有效的替代物。

 羟基亚氨基)氰基乙酸乙酯(Oxyma)

方案 2: (羟基亚氨基)氰基乙酸乙酯(Oxyma) Aldrich 货号233412

通过与HOBt和HOAt的直接比较,(羟基亚氨基)氰基乙酸乙酯(Oxyma)作为添加剂在碳二亚胺介导的酰胺键形成中显示出突出的外消旋化抑制作用。令人印象深刻的是,它在固相和液相肽偶联中的偶联效率优于HOBt,并且至少与HOAt相当。2 Oxyma的DSC和ARC研究显示仅有较低的热风险。

(羟基亚氨基)氰基乙酸乙酯(Oxyma)的优势

  • HOBt和HOAt的非爆炸性替代品,且性能与HOAt相当
  • 在空间要求很高的肽键形成效果上优于HOAt
  • 更适合于碳二亚胺介导的肽偶联
  • 在片段缩合反应中,相比HOBt差向异构化要更少

 COMU

方案 3: COMU – 终极偶联剂。Aldrich货号 712191

结合上述发现 - 肽偶联试剂中吗啉代基团的有利影响,以及(羟基亚氨基)氰基乙酸乙酯替代苯并三唑部分作为离去基团的效力 - Albericio和El-Faham团队成功构建了COMU (712191)作为更安全和更有效的偶联剂。3

HBTU,HATU和类似的苯并三唑肽偶联剂主要存在于活性较低的胍盐或N-型中,其活性低于脲盐或O-型。4

方案 4:HATU的胍盐及脲盐形成(也称为N-及O-型)

值得注意的是,COMU只存在于反应性较强的脲盐结构中。通过比较研究证明,COMU与目前的金标准HATU具有相似的肽偶联剂能力。3 下表显示了COMU在要求苛刻的固相合成过程中相比其他常见偶联剂在性能方面出色的评估结果。

 

表 1: 使用不同偶联剂进行H-Tyr-Aib-Aib-Phe-Leu-NH2 五肽固相合成的产量,以及des-Aib (H-Tyr-Aib-Phe-Leu-NH2)非期望删除序列的形成量

偶联剂 五肽产量 [%] Des-Aib [%]
HBTU 47.0 53
HATU 83.0 17
HOTU 99.0 1.0
COMU 99.7 0.26

 

COMU可实现最佳的肽偶联剂性能。除了高效和快速的偶联效率之外,它还显示出非常低或完全消除的外消旋化趋势。 片段偶联过程中用COMU产生的差向异构化似乎比用HOBt或HATU要更少。COMU在大多数常用的肽偶联剂(如DMF或NMP)中易于溶解并具有显著的稳定性,非常适合于固相肽合成。此外,由于COMU形成的副产物是水溶性的并且可以通过简单的萃取实现分离,COMU对于液相合成也同样具有很高的适用性。反应期间的颜色变化可通过肉眼观察或比色反应进行监控。DSC和ARC数据表明,COMU可以被评定为非爆炸性。

COMU可使用与常见偶联剂相同的方案,如HBTU,TBTU,PyBOP或HATU。 更具挑战性的是,当外消旋化成为了主要的关注点时,等量的碱可以与COMU一起用作偶联剂,因为其中更具极性的吗啉代基团可用作内部碱。

优势

  • 与HATU性能相当或更优
  • 非爆炸性(不含苯并三唑)
  • 适用于固相及液相的肽合成
  • 最大程度保留构象 – 最低趋势或完全消除外消旋化
  • 在常见溶剂中的高溶解度及稳定性
  • 可通过肉眼或比色反应进行监控
  • 可轻松去除水溶性的副产物

Sigma-Aldrich可为肽合成提供最全面的产品方案:所有常见的偶联试剂和添加剂,超过2400种氨基酸构建模块,以及树脂、溶剂、肽分析产品和聚乙二醇化或氟相肽合成工具。请访问化学产品中心,浏览根据不同应用进行分类的Sigma-Aldrich在线产品目录。

 

 材料清单

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描述

 

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712191 COMU® 97% Green Alternative C12H19F6N4O4P
776149 HDMA 99% C12H17F6N6O2P
18565 三吡咯烷基溴化鏻六氟磷酸盐 ≥95.0% (HPLC) C12H24BrF6N3P2
02576 O-[(乙氧羰基)氰基亚甲基氨基]-N,N,N′,N′-四甲基脲六氟磷酸酯 ≥97.0% (HPCE) C10H17F6N4O3P
02580 O-[(乙氧羰基)氰基亚甲基氨基]-N,N,N′,N′-四甲基脲四氟硼酸酯 ≥98.0% (CHN) C10H17BF4N4O3
85971 二吡咯烷基(N-琥珀酰亚氨氧基)碳鎓六氟磷酸盐 ≥98.0% (CHN) C13H20F6N3O3P
535303 六氟磷酸(7-氮杂苯并三唑-1-氧基)三吡咯烷磷 96% C17H27F6N7OP2
17380 双(四亚甲基)氟代甲酰胺六氟磷酸 ≥99.0% (T) C9H16F7N2P
520330 四甲基氟代脲六氟磷酸酯 97% C5H12F7N2P
09658 N,N,N′,N′-四甲基氯甲脒六氟磷酸盐 ≥98.0% (T) C5H12ClF6N2P
385530 N,N,N′,N′-四甲基-O-(N-琥珀酰亚胺)脲四氟硼酸盐 97% C9H16BF4N3O3
09668 N,N,N′,N′-四甲基脲-O-(N-琥珀酸亚胺基)六氟磷酸盐 ≥99.0% (TLC/N) C9H16F6N3O3P
78133 多肽试剂 TCTU 四氟硼酸酯 98% C11H15BClF4N5O
94624 S-(1-氧代-2-吡啶基)-N,N,N′,N′-四甲基硫脲六氟磷酸盐 ≥95.0% (NMR) C10H16F6N3OPS
94623 S-(1-氧代-2-吡啶基)-N,N,N′,N′-四甲基硫脲四氟硼酸盐 ≥95.0% (NMR) C10H16BF4N3OS
37347 O-(2-氧代-1(2H)吡啶基)-N,N,N′,N′-四甲基脲四氟硼酸盐 ≥99.0% (HPLC) C10H16BF4N3O2
445460 O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N,N,N′,N′-四甲基脲六氟磷酸酯 97% C10H15F6N6OP
11373 O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N,N,N′,N′-四甲基脲六氟磷酸酯 ≥98.0% (CHN) C10H15F6N6OP
420336 2-氯-1,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐 98% C5H10ClF6N2P
24377 2-氯-1,3-二甲基咪唑鎓四氟硼酸盐 ≥95.0% (AT) C5H10BClF4N2
529249 2-氯-1,3-二甲基氯化咪唑啉 C5H10Cl2N2
26564 氯代三吡咯烷基鏻六氟磷酸盐 ≥98.0% (AT) C12H24ClF6N3P2
23955 1-(氯-1-吡咯烷基亚甲基)吡咯烷鎓六氟磷酸盐 ≥98.0% (CHN) C9H16ClF6N2P
04936 O-(6-氯-1-苯并三氮唑-1-基)-N,N,N′,N′-四甲基脲六氟磷酸酯 ≥98.0% (HPLC) C11H15ClF6N5OP
420107 溴代三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐 98% C6H18BrF6N3P2
377848 1H-苯并三唑-1-基氧三吡咯烷基六氟磷酸盐 98% C18H28F6N6OP2
12805 1H-苯并三唑-1-基氧三吡咯烷基六氟磷酸盐 purum, ≥97.0% (TLC) C18H28F6N6OP2
12804 苯并三氮唑-N,N,N′,N′-四甲基脲六氟磷酸酯 ≥98.0% (T) C11H16F6N5OP
12806 O-苯并三氮唑-N,N,N′,N′-四甲基脲四氟硼酸酯 ≥97.0% (N) C11H16BF4N5O
226084 苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲氨基)磷鎓六氟磷酸盐 97% C12H22F6N6OP2
420271 (苯并三氮唑-1-基氧基)二哌啶碳六氟磷酸盐 98% C17H24F6N5OP
368164 O-(5-降冰片烯基-2,3-二羰亚胺)-N,N,N′,N′-四甲基脲四氟硼酸盐 98% C14H20BF4N3O3

参考文献

  1. El-Faham, A.; Albericio, F. J. Org. Chem. 2008, 73, 2731.
  2. “Oxyma: An Efficient Additive for Peptide Synthesis to Replace the Benzotriazole-Based HOBt and HOAt with a Lower Risk of Explosion”, Subirós-Funosas, R.; Prohens, R.; Barbas, R.; El-Faham, A.; Albericio, F. Chem. Eur. J. 2009, 15, 9394.
  3. “COMU: A Safer and More Effective Replacement for Benzotriazole-Based Uronium Coupling Reagents”, El-Faham, A.; Subirós-Funosas, R.; Prohens, R.; Albericio, F. Chem. Eur. J. 2009, 15, 9404.
  4. Carpino, L.A. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 441.