Künstliche Peptide aus b-aminosäuren

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1 Künstliche Peptide aus b-aminosäuren Seminar zum CF-Praktikum WS 03/04

2 Übersicht Struktur und omenklatur von ß-Aminosäuren Synthese von ß-Aminosäuren Methoden zur Peptidsynthese Schutzgruppen Aktivierung Strategien in der Synthese Synthese eines β 2 / β 3 -Peptides Mechanismen während der Synthese Struktur von ß-Peptiden Anwendungen Literatur 2

3 Struktur und omenklatur von Aminosäuren α-aminosäuren β-aminosäuren Drehbarkeit um zwei Bindungen Variation von zwei Substituenten Drehbarkeit um drei Bindungen Variation von vier Substituenten größere Vielfalt an Konstitutionsund Konfigurationsisomeren 3

4 Synthese von ß-Aminosäuren - β 3 -Aminosäuren omologisierung von α-aminosäuren mit ilfe der Arndt-Eistert eaktion X 1 Boc 2 Py, DMPA 0 C 1 X tbu C 2 2 /Et 2 -C 2 / tbu X 1 C 2 C6 5 CAg 1,4-Dioxan / 2 refl. 70 C X I tbu tbu + tbu tbu X 1 - Py 1 X tert. Butoxycarbonyl-4-dimethylamoniumpyridinium-tert. -butylcarbonat 1 X C 6 5 CAg - 2 X 1 Diazoketon Wolff- Umlagerung X 1 -C 2 / tbu 2 C 2 I (u) X 1 2 X Vasanthakumar, % Acylcarben Keten 1 Alkohol (Y-) X Y Seebach,

5 Synthese von ß-Aminosäuren - β 2 -Aminosäuren Diastereoselektive Amidomethylation eines Ti-Enolates gebildet aus einem acylierten xazolidinon-auxiliar Cl = Me 2 CC 2 nbuli TF/0 C/ -Cl - Z alt. Boc Et 3 /TiCl 4 C 2 Cl 2 0 C Z 2 2 /Li TF/ 2 Z Cl Ti 5

6 Peptidsynthesen Schema Schutz am -Terminus Kupplung am -Terminus Aktivierung am C-Terminus Schutz am C-Terminus Carbonylkomponente Aminokomponente Zusätzlich evtl. Schutz von funktionellen Gruppen in der Seitenkette 6

7 Peptidsynthese - Synthesemethoden Flüssigphasensynthese (SPS) Synthese in Lösung Variable Wahl der Schutzgruppen Aufbau des Peptides vom - zum C-Terminus Vorteile: eindeutiger Verlauf der Synthese Möglichkeit der einigung nach jedem Kupplungsschritt (Umkristallisation) eaktionskontrolle (M) achteile: geringe Ausbeute hoher zeitlicher Aufwand icht automatisierbar Festphasensynthese (SPPS) Synthese an suspendierten PS-Kugeln Boc- und Fmoc-Variante Aufbau des Peptides vom C- zum -Terminus Vorteile: höhere Ausbeuten ( wegen quantitativen Überschuß) Abtrennung der Edukte durch Filtration und Auswaschen des arzes automatisierbar achteile: Umsetzung nicht quantitativ Bildung von Fehlsequenzen Aufreinigung durch aufwendige Analytik Kombination beider Synthesemöglichkeiten zum Erreichen optimaler Ergebnisse 7

8 Peptidsynthese - Schutzgruppen -Terminale Schutzgruppen C-Terminale Schutzgruppen 8

9 Peptidsynthese Aktivierungsmethoden am C-Terminus Carbodiimid-Methode (Sheehan,ess 1955) C Kupplungsprodukt achteil: - acemisierung - wenn 1 ; 2 = ist das Produkt der Umlagerung Dicylohexylharnstoff DCC wasserunlöslich Lösung: 1 = Produkt wasserlöslich 2 = (C 2 ) 3 (C 3 ) 2 Cl EDC 9

10 Peptidsynthese Probleme bei der Aktivierung Bei zu starker Aktivierung am C-Terminus einer an der ß-Position einfach substituierten Carbonylkomponente Bildung von Dihydrooxazonen acemisierung Y ' X IB IB B ' ' Y X ' Y Y Y ' Dihydrooxazinon ß 3 -Aminosäure: = ß 2 -Aminosäure: = Y = Peptidrest bzw. est der jeweiligen Schutzgruppe Bsp.: Boc-Schutzgruppe: Y= tbu- Y 2 -AA ' acemat AA Y ' 2 -AA AA etention Epimerisation 10

11 Peptidsynthese Verhinderung der acematbildung 1. Zusatz von Bt, Bt oder Su zu den Aktivierungsreagenzien Bildung von Aktivestern mit geringer aktivierender Wirkung auf das Carbonyl C-Atom Bt Bt Su 2. Aktivierung nach der BTU/ Bt/ DIPEA-Methode acemisierung Me 2 Me PF Me 2 Me 2 Bt (Überschuß) Me 2 Me 2 11

12 Allgemeine Vorgehensweise und Strategien bei der SPPS Boc-Strategie Fmoc-Strategie Entfernung der Boc-Schutzgruppe nach jedem Kupplungsschritt mit Trifluoressigsäure Abspaltung des Peptides und der Seitengruppen mit F (gasförmig) Prinzip: Wechsel zwischen verschiedenen Säurestärken Problem: Verwendung spezieller Geräte Entfernung der Fmoc-Schutzgruppe nach jedem Kupplungsschritt mit Piperidin Abspaltung des Peptides und der Seitengruppen mit Trifluoressigsäure Prinzip: Mehrmaliger Wechsel zwischen saurem und basischen Milieu während der Synthese 12

13 Peptidsynthese Synthese eines β 2 / β 3 -Peptides β 2 -Val- - β 3 -e- -β 2 -Leu- -β 3 -Lys- -β 2 -Leu- -β 3 -e- S 2 P S S P P S D: β 3 -e C: -β 2 -Val-β 3 -e- B: -β 2 -Leu-β 3 -Lys- A: -β 2 -Leu-β 3 - e All-(S)--β 3 -e-β 2 -Val-β 3 -e-β 2 -Leu-β 3 -Lys -β 2 -Leu-β 3 -Lys-β 2 -Leu-β 3 -e- D C B B A 13

14 Peptidsynthese Synthese der Dipeptide A und B (SPS) 1. Entschützen der Aminokomponente Boc Bn TFA / C 2 Cl 2 2 Bn A C 2 / Bn + Bn Bn 14

15 Peptidsynthese Synthese der Dipeptide A und B (SPS) 2. Aktivierung der Carbonylkomponente und Kupplung Boc 1 2 A.1 EDC/Bt/Et 3 CCl 3 / 0 C EDC: 1 = -C = -(C 2 ) 3 -(C 3 ) 2. Cl Boc 70% A.1 - Bn Fmoc 1. 2 /Pd 2. Fmoc-Sn Boc 2 1 Bt % Acylisoharnstoff Analog: Bildung des Dipeptides B 15

16 Peptidsynthese Synthese des Dipeptides C (SPS) Boc Boc 2 /Pd Z Me 2 C.1 Me Boc Z 2 Me C.1/EDC/Bt/Et 3 CCl 3 /0 C Z Me Li/ 2 /TF Boc 61 % Boc Fmoc 92 % 1. 2 /Pd 2. Fmoc-Su Z quant. 16

17 Spezielle Vorgehensweise bei der SPPS des β 2 / β 3 -Peptides Unterschiede zur Synthese von a-peptiden: Erhöhte eigung der β-peptide zur Bildung stabiler sek. Strukturen Einfluss auf Kupplung-/ Entschützungsreaktione und Verwendung von Dipeptiden als Kuplungsba steine Aufwendig (zeitlich, finanziell) hergestellte Dipeptide Verwendung von möglichst geringen Mengen Unterschiedliches acemisierungsverhalten von β 2 / β 3 -Aminosäuren Verwendung von β 2 / β 3 -Dipeptiden; nicht β 3 -/ β 2 Peptiden Ausbeute: 82%; einheit: 95 % 17

18 Struktur von β- Peptiden - Substituenteneinfluß all-(s)-konfiguration linksgängige elix ( C-Terminus -Terminus) all-()-konfiguration rechtsgängige elix ( C-Terminus -Terminus) 18

19 Struktur von β- Peptiden - elices 19

20 Anwendung von β-peptiden Synthese von Wirkstoff-achahmungen aus b-peptiden (z.b. ormone) Übertragung der Stabilität gegenüber protolytischem und enzymatischem Abbau der β-peptide auf den Wirkstoff Veränderung der Verabreichungsform des Wirkstoffs (Tablette statt Spritze) Synthese von antibakteriellen b-peptiden 20

21 Literatur Artikel: Cheng,.P.; Gellman, S..;DeGrado, W.F. Chem. ev. 2001,101, Arvidsson, P.I.; Franckenpohl, J.; Seebach D.; elv. Chim. Ac.; 2003; 86, Vasanthakumar G.; Basanagoud, P.S.;J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2002, Seebach, D.; Matthews, J.L.; Chem. Commun., 1997, Bücher: eaktionsmechanismen;. Brückner; Spektrum Verlag; 2. Auflage 2003 aturstoffchemie; uhn P. ;Wissenschaftl. Verlagsgesellschaft; 2. erw. Auflage 21