Träger für die Festphasensynthese - matthias-ernst.infomatthias-ernst.info/downloads/Vortraege/OCF-Folien.pdf · Gliederung 1. Festphasensynthese Konzepte, Schema, Vor- und Nachteile

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Träger für die Festphasensynthese

Vortrag im Rahmen des Seminarszum organisch-chemischen Fortgeschrittenenpraktikum

5.2.2007

Matthias Ernst

Gliederung

1. FestphasensyntheseKonzepte, Schema, Vor- und Nachteile

2. TrägerGängige Harze und Linker

3. Spezielle Harze

4. Spezielle Linker

5. Zusammenfassung

6.Literatur

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Konzepte der Festphasensynthese

● Edukt kovalent an polymeres Trägermaterial („resin“) gebunden

● Bindung direkt oder über sog. „linker“

● Reaktion erfolgt durch Zugabe weiterer Reagenzien in Lösung

● Reinigung: Spülen, Waschen und Filtrieren

● Abspaltung des Produkts vom Träger

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Schema

Y HY SG

XH Support

KupplungX Y SG

Ent-schützung X

n

X Y Hn

Abspaltungggf. Entschützenvon Seitenketten

HX Y Hn

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Vergleich mit Synthese in Lösung

Synthese in Lösung:

Aufarbeitung Abtrennung der Reagenzien Reinigung

✔ Charakterisierung leichter

➔ Mehrstufen: Wiederholung aller Schritte (va. Reinigung)➔ Zeitaufwendig

„Festphasensynthese“

Produkt bleibt an Träger gebunden Reaktion in Filtergefäß Reinigung durch Waschen

✔ Charakterisierung schwieriger

➔ Wiederholung leicht möglich

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Vorteile der Festphasensynthese

● Produkt einfach zu isolieren● Geringe Verluste● Überschuss verwendbar● Dadurch höhere Ausbeute● Keine aufwendige Reinigung● Wenig(er) intermolekulare Reaktionen● Mehrstufige Synthesen einfach durchzuführen● automatisierbar

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Nachteile der Festphasensynthese● Geringe abs. Mengen an Produkt● Hoher Chemikalienverbrauch● Spezielle inerte Träger nötig● Hohe Kosten

● Sehr hohe Ausbeuten bei jedem Schritt nötig● Optimierung notwendig● Reaktionskinetik

● Charakterisierung schwierig● Nicht alle Reaktionen aus Lösung übertragbar● Evtl. zusätzliche Reaktionsschritte durch Spaltung

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Polystyrol-Harz nach Merrifield● Chlormethyliertes Copolymer aus Styrol und 1-2% Divinylbenzol

● Grundlage weiterer Harze (versch. Linker)● Gute Quellfähigkeit in Dichlormethan, DMF, THF, Pyridin● Nicht quellbar in Diethylether, Methanol, Wasser

Ph

CH3 CH3

CH3

PhPh

CH3

Cl

Cl

=Cl

CH3

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Polystyrol-Harz nach Merrifield● Verknüpfung Monomer-Harz via Veresterung● Abspaltung mit mittelstarken Säuren (z.B. wasserfreie HF)

+ O

O

NHBoc

R1

Cs+

NHBocO

O

R1

Cl-CsCl

NHBocO

O

R2

NH2OH

O

R2

HF

-CO2CH2

+F

-+ +

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Polyacrylamidharze● Gute Quellfähigkeit in polaren Lösungsmitteln, schlechte in unpolaren

N

O

N

O

O

O

Me

O

NH

NH

O

+

+

80-90%

5-15%

6-7%

radikalische

Polymerisation

O N O NO NH

O N

O

O

O N O NNHO

NO

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TentaGel● Pfropfpolymer: Polyethylenglycol an Polystyrol verankert● Quellbar in protischen LM, ähnelt THF/Ether als Lösungsmittel● Hohe Flexibilität durch PEG-“Tentakel“● Direkte Reaktionskontrolle: NMR in Gelphase● Geringe Beladbarkeit

n

Ph

OO

X

z.B. mit X = OHBrNH2

O

O

H

O

O

R

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Wang-Harz● Quervernetzes Polystyrol, ähnlich dem Merrifield-Harz● Auch als HMP-Harz bekannt● Auch Varianten auf Basis von Polyacrylamid und TentaGel

● Bei Peptidsynthese Schutz von Seitenketten per Fmoc● Kupplung als Ester● Abspaltung mit mittelstarken Säuren (z. B. 50% TFA in Dichlormethan):

CH3

OOH

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O

O

R

O+H

O

O

R

O

H+

O

CH2+

O R

OH

+TFA

-TFA

- TFA-

Rink-Amid-Linker

● Säurelabiler Carbonsäureamid-Linker● Abspaltung der Fmoc-Gruppe mit

Piperidin● Abspaltung des Peptids vom

Support mit mittel starken Säuren

(z. B. 50% TFA in Dichlormethan)

O

NH OMe

OMe

O

O

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Sieber-Linker● Als säurelabiler Linker für Verwendung von Fmoc-basierter

Peptidsynthese entwickelt● Spaltung mit verd. Säure (1% TFA in Dichlormethan)● Ergibt terminales Amid

TFA-

R

OO

NH

O

+

NH

O

R

O+

O

H

O

+

ORNH2

O

HTFA

TFA-

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Controlled pore Glass CPG● Poröses Glas mit definierter Porengröße als Träger● Funktionalisiert mit langkettigen Alkylaminen● Wichtigster Träger für DNA- und RNA-Synthese

✔ Starr, schwillt nicht✔ Chemisch stabil von pH1 bis 14, thermisch stabil✔ Große unregelmäßig geformte Oberfläche

✗ Geringe Dichte an funktionellen Gruppen✗ Polare Oberfläche✗ Labil gegenüber Fluorid✗ Hohe Kosten

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„Soluble supports“● Einsatz löslicher Polymerträger -> „liquid phase synthesis“● Versuch, positive Eigenschaften der Synthese in Lösung mit denen der

Festphasensynthese zu verbinden● Abtrennung meist durch Ausfällen

Wichtigste Vertreter: unvernetztes Polystyrol (PS), Polyvinylakohol (PVA)

und Polyethylenglycol (PEG)

nOH n

PS

Wasser aus DMF

PVA

MeOH aus CH2Cl2

PEG

Diethylether aus CH2Cl2

ClH2C

m OHOOH

Abkürzung

Ausfällen mit

n

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I C H2

C N i - P r2

N E t

S

NH

O

O O

N R1

O

CNR1 NR2R3

O

HNR2R3

OHR1

OOH

-

NH

S

O

O O

NH2

F

FF

FF

O

O

R

S

O O

NH R

O

NH

O

„Safety catch linker“● Linker gegenüber breitem Spektrum an Reaktionsbedingungen inert● Nach Aktivierung ist Produkt unter milden Bedingungen abspaltbar

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„Traceless Linker“● Nach Abspaltung des Linkers kein Rest (funkt. Gruppe) im Molekül

Si

CH3 CH3

N N

N

R2 O

R3

R1Bu4NF

THFN N

N

R2 O

R3

H R1

CH3

SiCl

CH3 1) 1 Äq KH

2) 2 Äq t-BuLi

3)Si

CH3 CH3

N

NHBoc

Cl

N

NHBoc

Cl

Br

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Photolabile Linker

● Abspaltung des Linkers durch Licht ● Einfach steuerbar● Orthogonal zu vielen Schutzgruppen

O

O

O

O

NO2

Me

CH3O

O

NHCH3

CH3

O

hν

5

OH

O

NHCH3

CH3

O

5

92%

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Zusammenfassung

● „Resin“ als makromolekulare Schutzgruppe, meist in Form von „Beads“● Hohe Reinheit, gute Ausbeuten durch Überschuss● Einfache Aufarbeitung durch Waschen und Filtrieren

● Optimierte Synthesestrategien (Schutzgruppen) und Trägermaterialien erforderlich● Sehr hohe Ausbeuten in jedem Schritt nötig

● Wichtige Zielmoleküle:➔ Peptide➔ DNA/RNA (Oligonucleotide)➔ Oligosaccharide

● Grundlage für die kombinatorische Chemie

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LiteraturD. J. Hudson, J. Comb. Chem. 1999, 1, 333.

D. J. Hudson, J. Comb. Chem. 1999, 1, 403.

D. J. Gravert, K. D. Janda, Chem. Rev. 1997, 97, 489.

F. X. Woolard, J. Paetsch, J. A. Ellman, J. Org. Chem. 1997, 62, 6102.

D. L. Whitehouse, S. N. Savinov, D. J. Austin, Tetrahedron Lett. 1997, 38, 7851.

N. K. Terret, Kombinatorische Chemie, Springer, Schwabach, 1998.

G. Barany, M. Kempe in A Practical Guide to Combinatorial Chemistry (Hrsg: A. W.

Czarnik, S. H. DeWitt), American Chemical Society, Washington D.C., 1997, 51.

W. Bannwarth in Combinatorial Chemistry (Hrsg: W. Bannwarth, B. Hinzen), Wiley-VCH,

Weinheim, 2006, 33.

novabiochem Catalog, Merck, Darmstadt, 2002.

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Photolabile LinkerMechanismus der Spaltung:

O

O

N+

Me

O

O

RO

H

O-

hνO

O

N+

Me

O

O

RO

H

O-

OH

O

O

N+

Me

O

O

R

O-

OH

O

O

N+

Me

O

O

R

O-

O+

O

O

N

Me

O

O

R

O-

H

O

O

O

N

Me

O

H

O

OR

O

O

O

N

Me

O

O

OHR+

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