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编号:10237845
Merrifield树脂和王氏树脂与N端保护苯丙氨酸成酯反应的比较
http://www.100md.com 《广西医科大学学报》 1999年第6期
     作者:张志刚 蔡豪斌 何水淋

    单位:(广西桂林医学院 桂林 541004)

    关键词:Boc策略;Fmoc策略;固相合成;多肽

    广西医科大学学报990606

    摘要 目的:比较Merrifield树脂和王氏树脂与N端保护苯丙氨酸成酯反应的结合率。方法:Merrifield树脂与Boc苯丙氨酸铯盐成酯反应克分子比为1∶1.2,反应31 h。王氏树脂与Fmoc苯丙氨酸酯化反应48 h, 克分子比为1∶3。结果:Merrifield树脂与Boc苯丙氨酸铯盐成酯反应产物, 用质量法和水杨醛法测得其产物结合率分别为90.0%和89.2%;王氏树脂与Fmoc苯丙氨酸酯化产物,用质量法和水杨醛法测得其产物的结合率分别为56.1%和56.3%。结论:Merrifield树脂的成酯产物结合率至少高于王氏树脂产物的32%。另外,质量法与水杨醛法测得的结合率相差不超过1%,但质量法更方便、易行。
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    中国图书资料分类法分类号 Q503

    A COMPARISON OF ESTERIFICATION WITH PROTECTED PHENYLALANINE BETWEEN MERRIFIELD RESIN AND WANG RESIN

    Zhang Zhigang,Cai Haobin,He Shuilin

    (Institue of Bioengineering,Guilin Medical College,Guilin 541004)

    Abstract Objective:A comparison of combination ratio was made in the esterification with protected phenylalanine between Merrifield resin and Wang resin.Method:Mole ratio between Merrifield resin and Boc-Phe-O-Cs+ was 1.0 to 1.2 and the reaction time was 31 hours,while the one between Wang resin and Fmoc-Phe-OH was 1.0 to 3.0,for 48 hours in the esterification.Result:The rate of the attachment of Boc-Phe-O-Cs+ to Merrifield resin was 90.0% detected by weight and 89.2% by the combination ratio of the free amino,respectively.The rate of the anchoring of Fmoc-Phe-OH to Wang resin was 56.1% detected by weight and 56.3% by the combination ratio of the free amino,respectively.Conclusion:The result shows that the combination ratio of Boc-strategy is at least 32% higher than that of Fmoc-strategy.In addition,there is no more than 1% difference of the combination ratios detected by the weight method and the determination of the free amino,but weight method is more convenient and feasible.
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    Key words boc-strategy;fmoc-strategy;solid-phase-synthesis;peptide

    多肽的固相合成有叔丁氧羰基(Boc)和芴甲氧羰基(Fmoc)两种N端保护策略。在C-端羧基肽的合成中,第一个N-端保护氨基酸与树脂的结合率的多少直接影响最终合成目的肽的产量。两种保护策略中,第一个保护氨基酸分别以不同的反应机制与固相树脂结合。在Boc策略中,C-端羧基肽合成所采用的树脂的功能基团为氯代甲基衍生物,与Boc保护氨基酸的羧酸盐反应,形成酯键,将第一个保护氨基酸附着到树脂上[1]。而Fmoc策略中,采用的树脂功能基为羟基,与Fmoc保护的氨基酸的羧基进行酯化使第一个Fmoc氨基酸与羟基树脂结合[2]。为了解两种机制中,保护氨基酸与树脂的结合率,以便为肽合成实验室根据实际条件选择适当的肽合成策略合成C-端羧基肽提供依据。本研究比较了Boc-Phe-Merrifield-Resin和Fmoc-Phe-Wang-Resin的制备。
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    1 材料与方法

    1.1材料:CsHCO3,N-甲基吡咯烷酮,Fmoc苯丙氨酸(Fmoc-Phe-OH),王氏树脂(Wang Resin,1 mmol/g),二甲氨基吡啶(DMAP),三氟醋酸(TFA),羟基苯骈三氮唑(HOBt),N,N′-二环已基碳二亚胺(DCC),购自Sigma公司;Boc苯丙氨酸(Boc-Phe-OH),Merrifield树脂(Merrifield Resin,0.7 mmol/g),购自Novabiochem 公司;二氯甲烷(DCM,广东西龙化工厂),二甲基甲酰胺(DMF,广州新成化工厂),六氢吡啶(广州医药站化学试剂综合公司),苄胺(江苏省激素研究所),水杨醛(上海试剂三厂),苯甲醚(上海建华化工厂),重蒸后使用;甲醇(振兴化工厂),乙醇(广西师范学院化工试剂厂)。

    1.2 Boc-Phe-O-Cs+的制备:将10 ml蒸馏水加入反应瓶中,再加入2.0 mmol CsHCO3,pH9.0,尔后加10 ml甲醇,混匀,再将1.88 mmol Boc-Phe-OH加入反应瓶,pH7.0,反应释放CO2。然后加1.0 mmol CsHCO3,pH8~9.0,反应10 min,直至无CO2放出,保持pH8~9.0。最后上旋转蒸发仪除去甲醇,得到的样品冷冻干燥,获白色Boc-Phe-O-Cs+干粉。
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    1.3 Boc-Phe-Merrifield Resin的制备:取1.8 mmol Boc-Phe-O-Cs+入反应瓶中,加入13 ml重蒸DMF和1.599 mmol 的Merrifield Resin(交换当量:0.7 mmol/g)和7 ml N-甲基吡咯烷酮,灌入N2,密封,50℃,磁力搅拌反应19 h。然后,上旋转蒸发仪,55℃,又反应12 h 。接着按下述步骤洗涤:①分别用DMF,DMF∶H2O(7∶3),DMF各洗3次,每次2 min;②DMF∶H2O(9∶1),DMF∶10%醋酸(9∶1),DMF∶H2O(9∶1)各洗3次,每次2 min;③DMF洗5次,前3次每次2 min,后两次各次5 min;④DCM洗5次,前2次每次2 min,后3次每次5 min。真空干燥,恒重。得Boc-Phe-Merrifield-Resin样品,称重并取样做脱帽处理后测自由氨基。

    1.4 Boc-Phe-Merrifield-Resin脱帽:取约 45 mg Boc-Phe-Merrifield-Resin,加DCM浸泡30 min,洗3次。再加50% TFA-48%DCM-2%苯甲醚(v/v/v)液处理5 min,20 min两次。经Kaise Test阳性。DMF洗3次,DCM洗5次,每次2 min,真空干燥恒重。得H2N-Phe-Merrifield-Resin,水杨醛法[3]测定每克氨基酸-树脂的自由氨基,求H2N-Phe-Merrifield-Resin的交换当量。
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    1.5 Fmoc-Phe-Wang-Resin的制备及脱帽:按照张志刚等的方法[3]合成Fmoc-Phe-Wang-Resin及脱帽,王氏树脂(1 mmol/g)∶Fmoc-Phe-OH∶DCC∶DMAP克分子比为1∶3∶4∶1。反应18 h取样,反应48 h停止反应。脱帽样品用水杨醛法测定自由氨基。

    1.6 结合率计算

    实际交换当量一方面根据水杨醛法测定的自由氨基量来确定,另一方面用质量法按下式计算:

    W2:Boc(或Fmoc)氨基酸-树脂质量

    W1:树脂质量
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    MWa:Boc(或Fmoc)氨基酸分子量

    MWb:CsCl(或H2O)的分子量

    理论交换当量的计算公式是:

    M:树脂的交换当量

    W:树脂的质量

    MW1:Boc(或Fmoc)氨基酸的分子量

    MW2:H2O的分子量或Boc(或Fmoc)基团分子量和CsCl(或H2O)分子量之和

    2 结 果
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    采用质量法测定Boc-Phe-Merrifield-Resin和Fmoc-Phe-Wang-Resin的实际交换当量。水杨醛法测定H2N-Phe-Merrifield-Resin和H2N-Phe-Wang-Resin 的实际交换当量。并据此计算结合率,其结果见表1。Merrifield树脂与Boc-Phe-O-Cs+酯化产物Boc-Phe-Merrifield-Resin和H2N-Phe-Merrifield-Resin 的交换当量分别为 0.54 mmol/g和0.57 mmol/g,两种产物的结合率(90.0%,89.2%) 基本一致。王氏树脂与Fmoc苯丙氨酸反应48 h,产物Fmoc-Phe-Wang-Resin和H2N-Phe-Wang-Resin的交换当量分别为0.42 mmol/g和0.49 mmol/g,两者结合率也基本一致,分别为56.1%和56.3%。但Merrifield Resin的酯化产物的结合率(90.0%,89.2%)显著高于王氏树脂酯化产物的结合率(56.1%,56.3%)。在不同时间王氏树脂酯反应的比较中可见,反应18 h时,王氏树脂与Fmoc苯丙氨酸的结合率已达最大(见表1)。
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    表1 Boc(H2N)-Phe-Merrifield树脂和Fmoc(H2N)-Phe-王氏树脂 的结合率比较 时间

    (t/h)

    溶剂

    树脂

    保护氨基酸

    产物

    交换当量

    (bB/mmol.g-1)

    结合率

    (%)
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    31

    DMF

    Merrifield Resin*

    Boc-Phe-OCs

    Boc-Phe-Merrifield-Resin

    0.54

    90.0

    48

    DCM

    Wang Resin**

    Fmoc-Phe-OH
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    Fmoc-Phe-Wang-Resin

    0.42

    56.1

    31

    DMF

    Merrifield Resin

    Boc-Phe-OCs

    H2N-Phe-Merrifield-Resin

    0.57

    89.2

    48

, 百拇医药     DCM

    Wang Resin

    Fmoc-Phe-OH

    H2N-Phe-Wang-Resin

    0.49

    56.3

    18

    DCM

    Wang Resin

    Fmoc-Phe-OH

    H2N-Phe-Wang-Resin
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    0.49

    56.3

    *克分子比: Merrifield 树脂∶Boc-Phe-OCs+ = 1∶1.2

    **克分子比: 王氏树脂∶moc-Phe-OH∶DCC∶DMAP= 1∶3∶4∶13 讨 论

    DMF和DCM是肽固相合成中常用溶剂,尤其是DMF对作用物和产物均具有溶解度高的优点而被广泛应用于多种反应系统中[4]。但是,DMF对DCC-DMAP催化的羟基树脂与Fmoc氨基酸的成酯反应有抑制作用。相反,DCM在成酯反应中对DCC-DMAP催化的反应系统则是良好的溶剂[3]。故此,本实验Fmoc策略中DCC-DMAP系统采用DCM为溶剂。

    C-端羧基肽的合成,第一个保护氨基酸与树脂附着的结合率监测对指导第二个保护氨基酸的投料量具有十分重要的意义。国内肽合成实验室一般采用水杨醛法测定自由氨基来确定实际交换当量,并据此求出结合率。本研究比较了质量法和水杨醛测定法。质量法仅需准确称出树脂的投料量和合成产物的质量,根据公式可算出产物实际交换当量,并确定其结合率。而水杨醛测定法的操作步骤较为烦琐,还需特制的装置。从表1结果比较中看出,两种方法求得的结合率相差不超过1%,但质量法更方便、易行。
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    肽的固相合成中,第一个保护氨基酸与树脂成酯反应产物的结合率高低对于最终肽产品的产量高低影响颇大。因此,选择Boc策略还是Fmoc策略合成C-端羧基肽,除考虑实验室其他条件外还应重视两种策略中保护氨基酸与相应树脂的结合率,以便达到原料投入少,获得肽产品产量高的目的。本实验中采用的Merrifield树脂的功能基为氯代甲基衍生物,与Boc氨基酸的铯盐反应,通过脱去氯化铯形成Boc-Phe-Merrifield-Resin,其结合率达90.0%。而王氏树脂的功能基则为羟甲基衍生物,与Fmoc氨基酸的羧基脱水酯化生成Fmoc-Phe-Wang-Resin,其结合率为56.1%。并且合成Fmoc-Phe-Wang-Resin的时间从18 h延长至48h,其产物的结合率并没有随反应时间增加而增加,这表明18h反应已达到平衡。另外,Merrifield树脂与Boc-Phe-OCs+的克分子比为1∶1.2,而王氏树脂与Fmoc苯丙氨酸的克分子比为1∶3。综上述三个方面表明,Merrifield树脂与Boc-Phe-OCs+ 的成酯结合效率明显高于王氏树脂与Fmoc苯丙氨酸之间的结合,其结合率高出约32%。这暗示合成同一种C-端羧基肽,用Merrifield树脂合成的肽产量可能比王氏树脂高出32%。另外,Boc 策略中所用的试剂市面售价较Fmoc策略的更为价廉。由此认为,合成C-端羧基肽,可能采用Boc策略中氯代甲基化衍生物为功能基的树脂其合成产物产率高,而且较为经济。
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    *广西区科技厅攻关项目基金资助

    参 考 文 献

    1 Gutte B,Merrifield,RB.The synthesis of ribomuelease.A J Biol Chem,1971,246:1922~1941

    2 Wang SS.p-Alkrybenzyl alcohol resin and p-alkoxybenzyloxycarbonylhydrazide resin for solid phase synthesis of protected peptide fragments.J Am Chem Soc,1973,95:1328~1333

    3 张志刚,何素婷,何明华,等.DCC和DMF对DCC-HOBt系统催化酯化和酰化反应的影响.生物化学杂志,1997,13(2):177~180

    4 Fields GB,Fields,CG.Solvation effects in solid-phase peptide synthesis.J Am Chem Soc,1991,113:4202~4207

    收稿日期:1999-03-10, http://www.100md.com