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La unin de enlaces peptdicos entre aminocidos no es difcil:
Existen muchos mtodos para obtener amidas (el enlacepeptdico es un enlace tipo amida) a partir de aminas y cidoscarboxlicos
El desafo es conectar los aminocidos (estructuralmentebifuncionales) en la secuencia correcta.
or e!emplo" si permitimos la formacin al a#ar de enlacespeptdicos en una me#cla de fenilalanina y $licina" obtendramos% dipptidos:
El desafo de la sntesis de pptidos
L-Phenylalanine
O
OHN
H
H O
OHN
H
H
H
Glycine
he&he 'ly&'ly he&'ly 'ly&he
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roductos posibles de la condensacinde fenilalanina y $licina
Phe-Phe
O
N
H
H2N
O
OHN
H
HGly-Gly
OH
O
O
OH
HN
HO
H2N
O
H2N
O
OH
HN
HO
H2N
H
Phe-Gly
Gly-Phe
L-Phenylalanine
O
OHN
H
H O
OHN
H
H
H
Glycine
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.Limitar el nmero de reacciones posibles mediante la
*proteccin+ o blo,ueo del $rupo amino de unaminocido y el $rupo carboxilo del otro aminocido.
-ntesis de pptidos. aso :roteccin
N-ProtectedL-Phenylalanine
C-Electrophile
O
OH
N
H
O
ON
H
H
H
PGPG
O-ProtectedGlycine
N-Nucleophile PG
protectinggroup
Grupo protector
Al proteger las cadenas laterales de los aminocidos tambin se est evitando
que estos reaccionen con los grupos amino o carboxilo de otros aminocidos, o
que den lugar a reacciones secundarias. Los grupos protectores tambin protegenel carbono alfa de ser susceptible a racemizacin.
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. /coplamiento de dos aminocidos prote$idos:
-ntesis de pptidos. aso :/coplamiento
O
OHN
H
O
ON
H
H
H PGPG
O
NH
N
H
H PGPG
O
O
PeptideCoupling
'0he0'ly0'
Grupo protector
(rotecting group!
"l grupo protector debe ser qu#micamente estable
en las condiciones en las que se da la s#ntesis
pept#dica
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1. 2esblo,ueo del $rupo amino en el 30terminal y del$rupo carboxilo en el 40terminal:
-ntesis de pptidos. aso 1: 2esblo,ueo $lobal"
5emocin del protector
he0'ly
O
NH
N
H
HPGPG
O
O
Deprotection
O
NH
H3N
H
O
O
"l grupo protector debe ser fcilmente removible
en condiciones suaves que no alteren la
formacin del enlace pept#dico al final o en
fases intermediarias de la s#ntesis.
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6El lle7ar a cabo los tres pasos para la sntesis de un pptido enparticular" es me!or ,ue permitir la formacin de estos pptidos
al a#ar8
Phe-Phe
O
NH
H2N
O
OHN
H
HGly-Gly
OH
O
O
OH
HN
HO
H2N
O
H2N
O
OH
HN
HO
H2N
H
Phe-Gly
Gly-Phe
-9 la sntesis diri$ida es mucho ms fcil ,ue la puri;cacin"por lo ,ue e7itaramos la etapa de remo7er los pptidossinteti#ados ,ue no nos interesa
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Proteccin del grupoamino
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6
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$enciloxicarbonil. %ambin asignado con la
abreviacin &, este mtodo de proteccin
esel desarrollado por $ergmann ' &ervas. e
basa en la acilacin de una amina con
cloruro de
)arbobenzoxilo para dar una amida
%ipos de protectores de aminas
%ipos de protectores de aminas
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Sntesis de pptidos: Grupos protectores de aminas
1. Los grupos amino se pueden proteger comnmente mediante su conversin enamidas. El tomo de nitrgeno en una amida no se comporta como nuclefilo y no
reaccionar con grupos caro!ilos.
". #encilo!icaronilo $%&'(%'")*+ es un grupo protector muy utili,ado. Se arevia
comoZ o %,.-. El loueo con %, se lleva a cao mediante el tratamiento de un aminocido con
cloruro de encilo!icaronilo/ para insertarse en el 0terminal del grupo amino como
radical encilo!icaronilo.
O
O Cl
Benzyloxycarbonyl
chloride(Cbz-Cl)
O
O NH
R
Benzyloxycarbonyl
group
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O
OH3N
H
O
O Cl
1. NaOH
H2O
2. H3O+
O
OH
HN
HO
O
(85%)
)loruro debenciloxicarbonilo
()bz*)l!
+enilalanina(e!
)omple-o )bz*pe
Grupo encilo!icaronilo
'rupos protectores de aminas:=enciloxicarbonilo
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2na venta3a de la utili,acin de grupos encilo!icaronilos como protectores es ueson muy fciles de removerse mediante:
a+'idrogenlisis cataltica en condiciones e!tremadamente suaves+ 4ompimiento del enlace con '#r en cido actico
5mos tratamientos rompen el enlace tipo ter caronoo!geno enclico $el cul esmuy dil+ aunue mediante diferentes mecanismos
5emocin de $rupos 4b#
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5emocin de $rupos 4b# por mediacincida
O
NH
HN
HO
O OEt
O
HBracetic acid
O
NH
H3N
H
OEt
OH2CBr
Benzylbromide(volatile)
Br
C
O
O
(82%)
Limitantes: La integridad de algunos pptidos sinteti,ados puede verseda>ada/ especialmente si entre los aminocidos ue conforman al producto seencuentran algunos con cadenas laterales susceptiles/ como es el caso de
triptfano/ tirosina y metionina.
e parte, al igual que la idrogenlisis, de previa esterificacin con alcool et#lico
en presencia de /)l para la formacin de un ster et#lico
4ecuperacin fcil: El productodesprotegido puede ser precipitado comouna sal de 9idroromuro cuando se leagrega ter.
%onveniencia: 5lta/ ya ue la mayora de lospptidos protegidos son solules en cido cetico/especialmente cuando 9ay una alta concentracinde '#r.
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/mine rotectin$ 'roups: tert0=utyloxycarbonyl
O
O O
Di-tert-butyl dicarbonate(Boc 'anhydride')
O
O NH
R
tert-Butyloxycarbonylgroup
O
O O
O
O
O Cl
tert-Butyl chloride(instablity limits use)
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O
OH
HN
HO
O
O
OH
HN
H
Boc
Boc-Phe
tert0=utyloxycarbonyl is /bbre7iated to=oc
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4lea7a$e of =oc 'roups
?he tert-butyloxycabonyl protectin$ $roup isreadily remo7ed by treatment @it strong,anhydrous =rAnsted acids:
a) clea7a$e @ith triBuoroacetic acid inmethylene chloride
b) clea7a$e @ith >=r in acetic acid
=oth rea$ents clea7e the ,uaternary carbon0oxy$en ether bond by an acid0mediated
elimination reaction.
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/cid0Cediated 4lea7a$e of =oc 'roups
O
NH
HN
HO
O OEt
O
O
NH
H3N
H
OEt
O
Butene(volatile)
C
O
O
(high yield)
CH3H3C
H H
O
OHF3C
trifluoroaceticacid
O
OF3C
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27.16
Caro!yl "roupProtection
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eptide -ynthesis: 4arboxyl rotectin$'roups
4arboxyl $roups are normally protectedas esters.
2eprotection of methyl and ethyl estersis by hydrolysis in base.
=en#yl esters can be clea7ed byhydro$enolysis.
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-imultaneous >ydro$enolysisof 4b# 'roup and =en#yl Ester
O
NH
HN
HO
O O
O
H2, Pd/Csolvent
O
NH
HN
HO
HO OH
O
Carbamic Acid(Very Unstable)
H2CH
Toluene(volatile)
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-imultaneous >ydro$enolysisof 4b# 'roup and =en#yl Ester
O
NH
HN
HO
HO OEt
O
Spontaneousdecarboxylation
O
NH
H2N
H
OEt
O
C
O
O
(87%)
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27.17
Peptide #ond$ormation
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eptide -ynthesis: Dormin$ eptide=onds
?he t@o ma!or methods are:
. couplin$ of suitably protectedamino acids usin$ %"%&0dicyclohexylcarbodiimide (244)
. 7ia an acti'e esterof the 30terminalamino acid.
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%"%&02icyclohexylcarbodiimide (244) isa o@erful 2ehydratin$ /$ent
N C N
N,N'-dicyclohexylcarbodiimide
O
NH
NH
N,N'-dicyclohexylurea
'H2O'
O
OR1H
H
NR2H
O
NR1R2
H
Amide
O
OR1
H
NR2H
H
-H2OVery hightemps
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. 4ouple the t@o protected aminoacids.
eptide 4ouplin$ is a 4ondensation5eaction
O
OHN
H
O
O
N
H
H
H PGPG
O
NH
N
H
HPGPG
O
O
PeptideCoupling 0>
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. 4ouple the t@o protected aminoacids.
2440Cediated eptide 4ouplin$
O
OHN
H O
ON
H
HH
Et
O
N
H
N
H
Cbz
H
O
O
Et
DCC, CHCl3
(83%)
Cbz
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Cechanism of 2440romoted4ouplin$
O
OHN
H
H
Cbz N C N
O
O
N
H
HCbz NH
N
1,2-Addition
O-Acylisoureaderivative
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0/cylisoureas areo@erful /cylatin$
/$ents
?he 0acylisourea
intermediateformed by additionof the 4b#0protected amino
acid to 2449 issimilar in structureto an acidanhydride and actsas an acylatin$a$ent.
O
ON
H
H
Cbz NH
N
O-AcylisoureaDerivative
H3C O
O
CH3
O
AcidAnhydride
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/ttacF by theamine functionof the carboxyl0protectedamino acid onthe carbonyl$roup leads tonucleophilicacyl
substitution.
Cechanism of 2440romoted4ouplin$
O
ON
H
Cbz NH
N
O
OEtN
H
H
OH
O
N
H
Cbz NH
N
NH
OEtO
1,2-Additionthen
Proton Transfer
UnstableIntermediate
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/ttacF by theamine functionof the carboxyl0protectedamino acid onthe carbonyl$roup leads tonucleophilicacyl
substitution.
Cechanism of 2440romoted4ouplin$
OH
ON
H
Cbz NH
N
N
H
OEtO
UnstableIntermediate
O
NH
N
H
CbzOEt
OHO
NH
NH
N,N'-dicyclohexylureaDipeptide
Elimination
8/9/2019 Peptides 1
33/51
eptide -ynthesis: Dormin$ eptide=onds
?he t@o ma!or methods are:
. couplin$ of suitably protectedamino acids usin$ %"%&0dicyclohexylcarbodiimide (2449)
. 7ia an acti'e esterof the 30terminalamino acid.
8/9/2019 Peptides 1
34/51
eptide -ynthesis: /cti7e Ester Cethod
/p0nitrophenyl ester is an example of anGacti7e ester.+
p03itrophenyl is a better lea7in$ $roupthan methyl or ethyl" andp0nitrophenyl
esters are more reacti7e in nucleophilicacyl substitution.
O
OAlkylO
O
N+
O
O
4-Nitrophenyl(PNP) Ester
Alkyl Ester
is a more powerfulacylating agent than......
8/9/2019 Peptides 1
35/51
eptide -ynthesis: /cti7e Ester Cethod
O
ON
H
Cbz
O
OEtNH
H
OH
ON
H
CbzN
H
OEtO
1,2-Additionthen
Proton Transfer
UnstableIntermediate
NO2
NO2
8/9/2019 Peptides 1
36/51
eptide -ynthesis: /cti7e Ester Cethod
UnstableIntermediate
O
NH
N
H
CbzOEt
OH
para-Nitrophenol Dipeptide
Elimination
OH
ON
H
CbzN
H
OEtO
NO2
O2N OH
8/9/2019 Peptides 1
37/51
8/9/2019 Peptides 1
38/51
-olid hase eptide -ynthesis
9n solid0phase synthesis" the startin$ material
is bonded to an inert solid support.
5eactants are added in solution.
5eaction occurs at the interface bet@een thesolid and the solution. =ecause the startin$material is bonded to the solid" any product
from the startin$ material remains bonded as@ell.
uri;cation in7ol7es simply @ashin$ the
byproducts from the solid support.
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?he solid support is a copolymer of styrene anddi7inylben#ene. 9t is represented abo7e as if it@ere polystyrene. 4ross0linFin$ @ithdi7inylben#ene simply pro7ides a more ri$idpolymer.
olystyrene is the =asis for the -olid-upport
CC
CC
CC
CC
CC
H H H H H H H H
HHHH
H H
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Dunctionali#ation of olystyrene
3%reating te pol'meric support 4it
cloromet'l met'l eter ()l)/0)/1! andn)l5 places )l)/0 side cains on some of
te benzene rings.
8/9/2019 Peptides 1
41/51
4hloromethylation of olystyrene
CH2
OMe
Cl
SnCl4
CH2 CH2ClCl
8/9/2019 Peptides 1
42/51
-olid hase eptide -ynthesis
CH2 CH2ClCl
?he side chain chloromethyl $roup is aben#ylic halide" reacti7e to@ardnucleophilic substitution (-3).
8/9/2019 Peptides 1
43/51
?he chloromethylated resin is treated @iththe =oc0protected 40terminal amino acid.3ucleophilic substitution occurs" and the=oc0protected amino acid is bound to theresin as an ester.
-olid hase eptide -ynthesis
CH2 CH2ClCl
8/9/2019 Peptides 1
44/51
)/)/00 )/)/00 )/)/00 )/)/00)/)/ )/)/ )/)/ )/)/
)/)/00)l)l
$oc$oc66//)/))/)
77
88
Cerri;eld rocedure
8/9/2019 Peptides 1
45/51
$oc$oc66//)/))/)
77
)/)/00 )/)/00 )/)/00 )/)/00)/)/ )/)/ )/)/ )/)/
)/)/00
Cerri;eld rocedure
3ext" the =ocprotectin$ $roupis remo7ed @ith
>4l.
8/9/2019 Peptides 1
46/51
//0066)/))/)
77
)/)/00 )/)/00 )/)/00 )/)/00)/)/ )/)/ )/)/ )/)/
)/)/00
Cerri;eld rocedure
24490promotedcouplin$ addsthe secondamino acid
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47/51
66/)/)/)/)
77
)/)/00 )/)/00 )/)/00 )/)/00)/)/ )/)/ )/)/ )/)/
)/)/00
$oc$oc66/)/)/)/)
7979
Cerri;eld rocedure
5emo7e the=oc protectin$
$roup.
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48/51
)/)/00 )/)/00 )/)/00 )/)/00)/)/ )/)/ )/)/ )/)/
)/)/00
66/)/)/)/)
77
//0066)/))/)
7979
Cerri;eld rocedure
/dd thenext aminoacid and
repeat.
8/9/2019 Peptides 1
49/51
5emo7e thepeptide from theresin @ith >=r in
4D14>
)/)/00 )/)/00 )/)/00 )/)/00)/)/ )/)/ )/)/ )/)/
)/)/00
66/)/)/)/)
77
66/)/)/)/)
7979
))
::
//1166 peptide
Cerri;eld rocedure
8/9/2019 Peptides 1
50/51
)/)/00 )/)/00 )/)/00 )/)/00)/)/ )/)/ )/)/ )/)/
)/)/00$r$r
66/)/)/)/)
77
66/)/)/)/)
7979
))
::
//1166 peptide88
Cerri;eld rocedure
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Cerri;eld automated his solid0phase method.
-ynthesi#ed a nonapeptide (bradyFinin) in
HI in J days in IJK yield.
-ynthesi#ed ribonuclease (% amino acids)in HIH.
1IH reactions "1H steps
3obel ri#e in chemistry: HJ%
Cerri;eld rocedure
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