Қатты фазада күрделі молекулаларды синтездеу әдісі
Solid-phase synthesis
Қатты фазадағы синтез: күрделі молекулаларды (пептидтер, ДНК, РНК) жылдам, тиімді және жоғары өнімділікпен синтездеу әдісі. Химиялық зерттеулерге арналған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Күрделі молекулаларды синтездеу әдісі
Method of synthesizing complex molecules
Химияда қатты фазалы синтез – молекулалардың қатты тірек материалымен ковалентті байланысып, бір реакциялық ыдыста қадам-қадаммен синтезделетін әдіс. Сұйық күйдегі дәстүрлі синтезбен салыстырғанда артықшылықтары:
In chemistry, solid phase synthesis is a method in which molecules are covalently bound on a solid support material and synthesised step by step in a single reaction vessel utilising selective protecting group chemistry. Benefits compared with normal synthesis in a liquid state include:
Жоғары тиімділік және өнімділік
Қарапайымдылық пен жылдамдық арту
High efficiency and throughput
Increased simplicity and speed
Артық реагенттерді пайдалану арқылы реакцияны толық аяқтауға және жоғары өнім алуға болады. Бұл әдісте құрылыс блоктарының барлық реактивті функционалдық топтары қорғалады. Функционалдық топтардың реакцияларының реттілігі депротекция ретімен бақыланады. Бұл әдіс пептидтер, дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНК), рибонуклеин қышқылы (РНК) және белгілі бір ретпен синтезделуі қажет басқа молекулаларды синтездеу үшін қолданылады. Соңғы уақыттарда бұл әдіс комбинаторлық химия және басқа синтетикалық қолданыстарда да қолданылуда. Бұл процесті 1950-1960 жылдары Роберт Брюс Меррифилд пептидтік тізбектерді синтездеу үшін әзірлеген, бұл оның 1984 жылғы Химия саласындағы Нобель сыйлығының негізі болды. Қатты фазалы синтездің негізгі әдісінде екі функционалдық тобы бар құрылыс блоктары қолданылады. Құрылыс блогының функционалдық топтарының бірі әдетте қорғау тобымен қорғалады. Бастапқы материал – құрылыс блогына байланысатын гранула. Алдымен бұл гранула қорғалған құрылыс блогының ерітіндісіне қосылып, араластырылады. Гранула мен қорғалған құрылыс блогы арасындағы реакция аяқталғаннан кейін ерітінді алынып тасталады және гранула жуылады. Содан кейін қорғау тобы алынып тасталады және жоғарыда аталған қадамдар қайталанады. Барлық қадамдар аяқталғаннан кейін синтезделген қосылыс грануладан химиялық жолмен бөліп алынады. Егер құрамында екіден астам құрылыс блогы бар қосылыс синтезделсе, гранулаға байланысқан құрылыс блогының қорғанысын жоюдан бұрын қосымша қадам қосылады; грануланың үстінде орналасқан және қосылған құрылыс блогымен реакцияға түспеген функционалдық топ құрылыс блогының депротекция жағдайында алынып тасталмайтын басқа қорғау тобымен қорғалуы керек. Бұл қадам осы қадамның құрылыс блогы жоқ қосалқы өнімдердің пайда болуын болдырмайды. Сонымен қатар, бұл қадам грануладан бөлінгеннен кейін синтезделген қосылысты тазартуды жеңілдетеді.
The reaction can be driven to completion and high yields through the use of excess reagent. In this method, building blocks are protected at all reactive functional groups. The order of functional group reactions can be controlled by the order of deprotection. This method is used for the synthesis of peptides, deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), and other molecules that need to be synthesised in a certain alignment. More recently, this method has also been used in combinatorial chemistry and other synthetic applications. The process was originally developed in the 1950s and 1960s by Robert Bruce Merrifield in order to synthesise peptide chains, and which was the basis for his 1984 Nobel Prize in Chemistry. In the basic method of solid phase synthesis, building blocks that have two functional groups are used. One of the functional groups of the building block is usually protected by a protective group. The starting material is a bead which binds to the building block. At first, this bead is added into the solution of the protected building block and stirred. After the reaction between the bead and the protected building block is completed, the solution is removed and the bead is washed. Then the protecting group is removed and the above steps are repeated. After all steps are finished, the synthesised compound is chemically cleaved from the bead. If a compound containing more than two kinds of building blocks is synthesised, a step is added before the deprotection of the building block bound to the bead; a functional group which is on the bead and did not react with an added building block has to be protected by another protecting group which is not removed at the deprotective condition of the building block. Byproducts which lack the building block of this step only are prevented by this step. In addition, this step makes it easy to purify the synthesised compound after cleavage from the bead.
Қатты фазалы пептид синтезі (SPPS)
Қатты фазалық синтез – пептид синтезі үшін жиі қолданылатын әдіс. Әдетте, SPPS әдісінде пептидтер аминқышқыл тізбегінің карбонил тобынан (C ұшы) амин тобына (N ұшы) қарай синтезделеді, бірақ пептидтер жасушаларда биологиялық түрде кері бағытта синтезделеді. Пептид синтезінде амин қорғалған аминқышқыл қатты фазалық материалға немесе шайырға (көбінесе, төмен байланысты полистирол бөлшектері) ковалентті байланыс арқылы бекітіледі, бұл байланыс карбонил тобы мен шайыр арасында, көбінесе амидтік немесе эфирлік байланыс болып келеді. Содан кейін амин тобы қорғаныстан босатылып, келесі N қорғалған аминқышқылдың карбонил тобымен реакцияға түседі. Осылайша, қатты фазада дипептид пайда болады. Бұл цикл қажетті пептид тізбегін құру үшін қайталанады. Барлық реакциялар аяқталғаннан кейін синтезделген пептид бөлшектерден бөлінеді. Пептид синтезінде амин топтарын қорғау үшін көбінесе 9-фторэнилметоксикарбонил (Fmoc) және t-бутилоксикарбонил (Boc) топтары қолданылады. Көптеген аминқышқылдардың бүйір тізбектерінде функционалдық топтар болады, оларды келіп түсетін N қорғалған аминқышқылдармен реакцияға түсуден арнайы қорғау қажет. Boc және Fmoc топтарынан өзгеше, олар пептид синтезі барысында тұрақты болуы керек, бірақ пептидтердің соңғы депротекциясы кезінде де алынып тасталады.
Solid phase synthesis is a common technique for peptide synthesis. Usually, peptides are synthesised from the carbonyl group side (C terminus) to amino group side (N terminus) of the amino acid chain in the SPPS method, although peptides are biologically synthesised in the opposite direction in cells. In peptide synthesis, an amino protected amino acid is bound to a solid phase material or resin (most commonly, low cross linked polystyrene beads), forming a covalent bond between the carbonyl group and the resin, most often an amido or an ester bond. Then the amino group is deprotected and reacted with the carbonyl group of the next N protected amino acid. The solid phase now bears a dipeptide. This cycle is repeated to form the desired peptide chain. After all reactions are complete, the synthesised peptide is cleaved from the bead. The protecting groups for the amino groups mostly used in the peptide synthesis are 9 fluorenylmethyloxycarbonyl group (Fmoc) and t butyloxycarbonyl (Boc). A number of amino acids bear functional groups in the side chain which must be protected specifically from reacting with the incoming N protected amino acids. In contrast to Boc and Fmoc groups, these have to be stable over the course of peptide synthesis although they are also removed during the final deprotection of peptides.
ДНҚ және РНҚ-ның қатты фазалы синтезі
Қатты фазалық әдіспен ДНҚ, РНК және өзгертілген олигонуклеотидтердің салыстырмалы түрде қысқа фрагменттері синтезделеді. Олигонуклеотидтерді колбада синтездеу мүмкін болғанымен, олар көбінесе ДНҚ/РНК синтезаторы арқылы қатты фазада синтезделеді. Толығырақ ақпарат алу үшін олигонуклеотид синтезіне қараңыз. Әдетте қолданылатын әдіс – 1980-ші жылдары дамытылған фосфорамидит химиясы.
Relatively short fragments of DNA, RNA, and modified oligonucleotides are also synthesised by the solid phase method. Although oligonucleotides can be synthesised in a flask, they are almost always synthesised on solid phase using a DNA/RNA synthesizer. For a more comprehensive review, see oligonucleotide synthesis. The method of choice is generally phosphoramidite chemistry, developed in the 1980s.