Шендрик А.Н. Химия белка. Структура, свойства, методы исследования

Подождите немного. Документ загружается.

312

Широкого применения формильная защита в синтезе пептидов (особенно выс-

ших) не нашла из-за осложнений в протекании реакции образования пептидной

связи и часто наблюдающейся рацемизации аминокислот.

Трифторацетильная группа

Эта группа была введена в химию пептидов Вейгандом и Ксендзом в

1952г. Широкого распространения в пептидном синтезе, из-за целого ряда свя-

занных с ней осложнений, не получила. Однако, оказалась весьма полезной при

определении аминокислотной последовательности в пептидах и изучении их

стерической однородности. Получают трифторацетиламинокислоты реакцией

аминокислот с ангидридом трифторуксусной кислоты:

COOH

CO COOH

CHNH

(CF

CO)

Рацемизации, как правило, не наблюдается. Отщепление этой группы проводят

в слабощелочной среде (0.2н NaOH). Основной недостаток трифторацетильной

защиты - значительные трудности ее селективного отщепления в присутствии

сложных метиловых или этиловых эфиров.

Фталильная группа

Применение фталиламинокислот в пептидном синтезе впервые описали

Кидд и Кинг в 1948г, хотя сами эти производные аминокислот и их реакции с

гидразином с образованием фталилгидразида были известны уже в конце 19-го

века. Основной метод введения фталильной группы - это реакция между фтале-

вым ангидридом и аминокислотой или ее эфиром:

COOH

N CHR COOH

313

Реакцию можно значительно ускорить азеотропной отгонкой воды, однако при

этом возможно частичное образование дикетопиперазинов.

Отщепить фталильную группу можно только гидразинолизом

NCHRCOOH

NNH

COOH

Фталиламинокислота

Фталазин

В реакции используют обычно гидразингидрат, растворенный в метаноле или

этаноле. Образующийся фталазин осаждают подкислением среды соляной или

уксусной кислотой, или удаляют в виде натриевой соли после обработки рас-

твором углекислого натрия.

До 1962г. фталильная группа не находила широкого применения. Одна-

ко, после успешного использования ее Шредером в 1965г для синтеза фрагмен-

тов глюкагона, она прочно вошла в практику пептидного синтеза.

Толуолсульфонильная (тозильная) группа

Тозиламинокислоты получают взаимодействием толуолсульфохлорида с

аминокислотой в щелочной среде.

Cl NH

COOH

CHNH

Толуолсульфохлорид

Тозиламинокислота

Отщепляют тозильную группу почти исключительно восстановлением

натрием в жидком аммиаке. Этот метод впервые предложили дю Винье (du Vi

314

gneaud) и Беренс (Behrens) в 1937г. Тозильная группа обладает почти абсолют-

ной устойчивостью в условиях других защитных группировок.

Арил- и алкилфосфорильные группы

Дибензилфосфориламинокислоты по-

лучают обычно ацилированием эфиров

аминокислот хлорангидридами заме-

щенных в кольце дибензилфосфорных

кислот, с последующим омылением

смесью диоксана с 1н КОН в метаноле.

Отщепляют N-диарилфосфорильные

защитные группы в присутствии палладиевой черни. Добавлением небольшого

избытка соляной кислоты получают дефосфорилированный продукт реакции.

Другие ацильные защитные группы

Бензилсульфонильная группа была предложена Милном и Пенджем в

1957г. Бензилсульфонильную группу присоединяют к аминокислоте и отщеп-

ляют от продукта реакции так же как и толуолсульфонильную.

Нитрофенилсульфенильная группа.

о-Нитрофенилсульфениламинокисло-

ты были получены Гёрделером и

Хольстом в 1959г по реакции о-

нитрофенилсульфенилхлорида с

POCl

CHR COOR'

COOR'CHRNH

COOHCHRNH

(X = H, N O

, B r, I)

COOHCHRNH

/Pd

PO COOHCHRNH

COOHCHRNH

SCl COOHCHRNH

S NH CHR COOH

315

аминокислотой в нейтральной среде. Наиболее удобный способ отщепления

защитной группы - обработка раствором НСl.

5.1.1 Защитные группы уретанового типа

Использовать бензилоксикарбонильную группу (карбобензоксигруппу)

для N-защиты в пептидном синтезе предложили в 1932г Бергманн и Зервас. Эта

группа является по сей день одной из наиболее важных в синтезе пептидов.

Карбобензоксигруппа

Особая роль карбобензоксигруппы в пептидном синтезе обусловлена сле-

дующим.

¾ Широкой доступностью соответствующих N-замещенных аминокислот.

¾ Универсальной применимостью для большинства методов пептидного си-

нтеза.

¾ Наличием ряда удобных способов отщепления.

Карбобензоксиаминокислоты получают взаимодействием карбобензокси-

хлорида с аминокислотой в водно-щелочном растворе:

Возможности использования карбобензоксиаминокислот для синтеза

пептидов практически ничем не лимитированы. Большинство систематических

исследований было выполнено именно на этих производных аминокислот. Они

обладают, к тому же, малой склонностью к рацемизации, чего нельзя сказать о

защитных группах ацильного ряда.

OCOCl COOHCHRNH

COOHCHRNHCH

OCO

Карбобензоксихлорид

316

Отщепляется карбобензоксигруппа в очень мягких условиях каталитиче-

ского гидрирования. Предполагается, что реакция протекает через стадию обра-

зования замещенной карбаминовой кислоты с выделением толуола и СО

В условиях кислотного гидролиза наилучшим способом отщепления кар-

бобензоксигруппы является, вероятно, реакция с бромистым водородом в ледя-

ной уксусной кислоте. Реакция с НBr очень специфична и может быть исполь-

зована даже при наличии в молекуле формильной группы.

Тозильная и фталильная защитные группы относят к таким, которые не

отщепляются в условиях декарбобензоксилирования. Карбобензоксигруппой

можно блокировать фенольные гидроксилы и тиольные группы.

Модифицированные карбобензоксигруппы

Замещенные карбобензоксигруппы

¾ п-Cl- и п-Br-карбобензоксигруппы.

¾ п-Нитрокарбобензоксигруппа.

¾ «Окрашенные» карбобензоксигруппы. К ним относятся п-(п’-метокси-

фенилазо)-бензилоксикарбонильная (MZ) и п-(фенилазо)-бензилоксикарбо-

ONNCH

OCO

NN CH

OCO

OCONHCHRCOOH

HO CO NH CHR COOH

Карбаминовая кислота

CHR COOH

317

нильная (PZ). Группы MZ и PZ были предложены Швицером с соавторами в

1958г.

¾ п-Метоксикарбобензоксигруппа. Получены п-метоксикарбобензокси-

аминокислоты Мак-Кеем и Альбертсоном в 1957г:

Родственные карбобензоксигруппе защитные группы

¾ Аллилокарбонильная группа:

Детально изучена Стивенсом и Ватанабе. Широкого применения в пептидном

синтезе не имеет.

¾ Фенкоси- (I), толилокси- (II), нафтилоксикарбонильные (III) группы:

5.1.2 Алифатические защитные группы уретанового типа

Трет-Бутилоксикарбонильная группа

Эта защитная группа широко используется в синтезе пептидов. Она се-

лективно удаляется в присутствии карбобензоксигруппы.

(I)

(II)

(III)

OCH

COOHCHRNHCOO

п-Метоксика

бобензоксиаминокислота

318

Наиболее простой метод синтеза трет-бутилоксикарбониламинокислот -

это реакция между п-нитрофениловым эфиром трет-бутилугольной кислоты и

аминокислотой:

Этот путь синтеза применим не для всех аминокислот. Поэтому Швицер с со-

трудниками предложили использовать трет-бутилоксикарбонилазид. Азид дос-

таточно устойчивое соединение и перегоняется в вакууме без разложения.

Отщепление трет-бутилоксикарбонильной группы протекает легко уже

при кратковременном воздействии кислот. Для полного ее удаления необходи-

мо не менее 2-х молей кислоты.

Другие алифатические группировки уретанового типа

В литературе описаны, помимо трет-бутилоксикарбонильной группы,

следующие защитные группировки уретанового типа: диизопропилметоксикар-

бонильная (I); втор-бутилоксикарбонильная (II); изопропилоксикарбонильная

(III); этоксикарбонильная (IV):

(

)

CH O C

(I)

(II)

(III)

(IV)

CCH

OCO

CHR COOH

CCH

COOHCHRNH

HO NO

319

Введение этих группировок осуществляется обычным путем через соот-

ветствующие эфиры хлоругольной кислоты. Отщепление их протекает, как

правило, тяжело и сопровождается побочными реакциями.

Тиоуретаны

Арил- и алкилтиокарбонильные соединения относят к защитным группам

уретанового типа:

R S C NH CHR' COOH

где R = алкил или арил.

Фенилтиокарбониламинокислоты получают реакцией фенилтиокарбо-

нилхлорида с солями либо эфирами аминокислот:

Отщепляется фенилтиокарбонильная группа под действием тетраацетата свин-

ца в 70% этаноле или при обработке 0.1н водным раствором щелочи в присут-

ствии гидроокиси либо карбоната свинца.

5.1.3 Защитные группы алкильного типа

Трифенилметильная (тритильная) группа

Тритильная группа не относится к лучшим защитным группировкам. Од-

нако, ее часто используют в некоторых специальных случаях пептидного син-

теза из-за легкости отщепления в мягких условиях. Тритильные производные

Cl NH

CHR'

COO

)

SCNHCHR'

COO

)

320

аминокислот и пептидов известны достаточно давно. Тритиламинокислоты по-

лучают каталитическим гидрогенолизом их бензиловых эфиров. Можно также

проводить тритилирование солей аминокислот в водно-органической среде.

Удаляют тритильную группу обработкой кислотами в мягких условиях:

C NH CHR COOR'

CHR COOR'

HCl,

OH)

HCl

COH

HCl

Для детритилирования высших пептидов удобнее применять трифторук-

сусную кислоту.

Тритильную защиту особенно часто используют для получения линейных

пептидов, из которых синтезируют затем их циклические аналоги.

Моно- и дибензильная группы

Обычно в синтезе пептидов используют N,N-дибензиламинокислоты. Их

получают реакцией ааминокислот с хлористым бензилом. Монобензилпроиз-

водные получают каталитическим гидрированием эфиров N-

бензилиденаминокислот с последующим гидролизом или из дибензиламинок-

силот избирательным гидрогенолизом одной бензильной группы.

321

Отщепляются бензильные защитные группы каталитическим гидрогено-

лизом.

Триалкилсилильная группа

При взаимодействии триалкилхлорсилана с эфирами аминокислот обра-

зуются соответствующие эфиры триалкилсилиламинокислот. Свободные ами-

нокислоты превращаются в этой реакции в триалкилсилиловые эфиры триал-

килсилиламинокислот:

(CH

)

SiCl H

NCHRCOOH

(CH

)

Si COOCHRHN Si(CH

)

Триалкилсилиловый эфир

иалкилсилиламинокислоты

Триалкилсилиловые производные в синтезе пептидов применяются редко.

5.2 Защита карбоксильной группы

Основная цель защиты по карбоксильной группе сводится не только в ее

блокированию, но и к разрушению цвиттерионной формы аминокислоты. Наи-

более простой способ защиты карбоксильной группы - этерификация. Другие

пути - это образование амида или гидразида. Последние два способа применя-

ются относительно редко, из-за возникающих впоследствии сложностей со сня-

тием защитной группы.

5.2.1 Этерификация

Метиловые и этиловые эфиры. Методика этерификации аминокислот

сводится к обработке их избытком соответствующего спирта в присутствии ки-

слоты как катализатора (HCl, тионилхлорид - SOCl

и др.). Существенных, с по-

зиций пептидного синтеза, различий между этиловыми и метиловыми эфирами

аминокислот нет.