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摘要

A potential general method for the synthesis of water-soluble multimetallic peptidic arrays containing a predetermined sequence of metal centers is presented.

摘要

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as Ru(II), Pt(II), and Rh(III). The compound, named as a water-soluble metal-organic complex array (WSMOCA), is obtained through 1) the conventional solution-chemistry-based preparation of the corresponding metal complex monomers having a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc)-protected amino acid moiety and 2) their sequential coupling together with other water-soluble organic building units on the surface-functionalized polymeric resin by following the procedures originally developed for the solid-phase synthesis of polypeptides, with proper modifications. Traces of reactions determined by mass spectrometric analysis at the representative coupling steps in stage 2 confirm the selective construction of a predetermined sequence of metal centers along with the peptide backbone. The WSMOCA cleaved from the resin at the end of stage 2 has a certain level of solubility in aqueous media dependent on the pH value and/or salt content, which is useful for the purification of the compound.

引言

复杂分子结构的控制合成一直是合成化学的一个重大问题。从这个观点来看，以合成多核异金属配合物在一个可设计方式仍然是一个值得受试者中，因为通常用于从基配体的金属化的方法可能的结构的结果的数字无机化学领域中受到挑战编制单体金属配合物。虽然多核异金属配合物的几个例子迄今1,2,3报道，试验和错误或它们的合成的艰巨性就必须一个简单的方法，该方法适用于大范围的结构的的发展。

作为一种新的方法来解决这个问题，在2011年，我们报道了合成方法4,5在具有Fmoc保护氨基酸部分单核的各种金属络合物依次偶合，得到多通过固相多肽合成6的协议金属肽阵列。由于多肽合成的连续性质，多个金属中心的特定序列是通过控制那些金属络合物单体的偶联反应的数量和顺序合理设计性。以后，该方法进一步模块化通过用两个较短的阵列7之间的共价键相结合，使各种更大和/或支链的阵列结构。

在这里，我们将展示如何这样多金属肽阵列的合成通常是通过选择最近报道WSMOCA（1 8 CAS RN 1827663-18-2; 图1）操作作为代表例。虽然一个特定阵列的合成在此协议的描述，相同的程序适用于宽范围的不同的序列，各异构体9的合成。我们预计，这一原山口将激发更多的研究人员参加序列控制化合物的科学，其中该分子研究迄今还典型地是生物聚合物，但很少包括的金属配合物为基础的物种的例子。

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研究方案

1.金属络合物的单体制备（2 CAS RN 1381776-70-0，3 CAS RN 1261168-42-6，4 CAS RN 1261168-43-7;图1）

  1. 茹单体2的制备
    1. 在一个有搅拌棒（380毫克，0.48毫摩尔）和[Ru（ 对 -cymene）Cl 2中]二聚体（224毫克，0.37毫摩尔）;合并有机前体（ 图1 5 9 CAS RN 1381776-63-1）百毫升单颈圆底烧瓶中。
    2. 添加甲醇（MeOH）（25ml）中的混合物，冷凝器连接到烧瓶的接头，并搅拌在65℃的悬浮液用于在温度控制的油浴中3小时。
    3. 冷却反应混合物至室温，并通过抽吸通过滤纸过滤悬浮液。
    4. 洗在过滤器上用MeOH彻底残余物直至滤液变为肉眼无色干燥，减压残余物中。
    5. 结合将残余物和4' - （4-甲基苯基）-2,2':6＆＃39，2" - 三联吡啶（216毫克，0.68毫摩尔）在100毫升单颈圆底烧瓶中搅拌棒。
    6. 添加甲醇（22.5毫升）和水（2.5毫升）到混合物中，冷凝器连接到烧瓶的接头，并搅拌在70℃的悬浮液16小时。
    7. 冷却反应混合物至室温，并过滤悬浮液。
    8. 干上在减压下过滤残余物，并在二甲亚砜（DMSO）（3毫升）溶解。
    9. 缓慢加入DMSO溶液至过量的乙酸乙酯（EtOAc）。
    10. 过滤所得悬浮液，洗上用EtOAc过滤残余物，并减压干燥。
  2. 铂单体3的制备
    1. 在搅拌棒（360毫克，0.50毫摩尔）和Pt（环辛-1,5-二烯）Cl 2中（195毫克，0.52毫摩尔）;合并有机前体（ 图1 6 4 CAS RN 1261168-39-1）的100毫升单颈圆底烧瓶中。
    2. 添加甲醇（15毫升）到混合物中，冷凝器连接到烧瓶的接头，并搅拌在65℃的悬浮液12小时。
    3. 冷却反应混合物至室温，并过滤悬浮液。
    4. 洗在过滤器上用MeOH彻底残余物并在减压下干燥。
  3. 铑单体4的制备
    1. 有搅拌棒（360毫克，0.50毫摩尔）和RhCl 3·3H 2 O（137毫克，0.52毫摩尔）在100毫升单颈圆底烧瓶中;合并有机前体（ 图1 6）。
    2. 添加甲醇（50毫升）到混合物中，冷凝器连接到烧瓶的接头，并在N 2气氛下搅拌在65℃下12小时的悬浮液。
    3. 冷却反应混合物至室温，并过滤悬浮液。
    4. 洗在过滤器上用MeOH彻底残余物并在减压下干燥。

    4. 2.制备水溶性金属 - 有机络合物阵列1

    1. Fmoc去保护从TG锡伯树脂
      1. 在10毫升2-颈烧瓶轴承在装有玻璃过滤器的底部的漏极和一个2路止水栓（ 图2a）有搅拌棒结合作为购买的TG塞伯树脂（135毫克）。连接一个3路活栓和玻璃塞的烧瓶的接头。
      2. 通过使用真空管线交换用N 2的内部气氛，然后溶胀用无水级二氯甲烷（CH 2 Cl 2中）（1毫升）（ 图2b）的树脂。
      3. 在这个顺序加无水级二甲基甲酰胺（DMF）（3ml）和哌啶（1ml）中并搅拌，在室温下2.5小时的混合物。
      4. 除去通过过滤通过排水的溶液。洗，用无水级甲醇树脂（3毫升，3分钟搅拌）和无水级的 CH 2 Cl 2（3毫升，3分搅拌）交替三次，然后用无水级的 CH 2 Cl 2（3毫升，3分钟搅拌）的四倍（ 图2c）。
      5. 结合在2.1.4中获得的所有解决方案，并用乙腈（CH 3 CN）的50毫升体积稀释它们。转移得到的溶液的等分试样（1ml）中成石英杯中以1厘米的光学长度，用CH 3 CN（2毫升）稀释。
      6. 确定（a）到协议中制备的溶液中，根据以下2.1.5的摩尔数基于（在299纳米6,234）哌啶二苯并富烯的加合物的消光系数脱保护的Fmoc基团（ 六微摩尔）10和光谱得到的吸光度方程:
        F = 0.05×10 6×3× 一个 / 6234
    2. 茹单体2装载
      1. 加无水级的 CH 2 Cl 2（2.5毫升），钌单体2 （64.9毫克，53.2微摩尔），2-（1H-苯并三唑-1-基）-1,1,3,3-四甲基脲六氟磷酸盐（HBTU）（30.3毫克，79.8微摩尔），无水级的DMSO（2.5毫升），和N，N-二异丙基乙胺（ⅰPR 2 NET）（20微升）的顺序在N 2气氛中经洗涤的树脂下，搅拌在室温下（ 图2d）12小时的混合物。
      2. 除去通过过滤通过排水的溶液。用无水级的DMSO洗涤树脂（3毫升，搅拌5分钟）三次，无水级的MeOH（3毫升，3分钟搅拌）和无水级的 CH 2 Cl 2（3毫升，3分钟搅拌）交替三次和无水级的 CH 2 Cl 2（3毫升，3分钟搅拌）三次。
      3. 在该顺序的 N 2气氛下，添加无水同类的 CH 2 Cl 2（5毫升），苯甲酸酐（0.28克，1.5毫摩尔）和N-甲基咪唑（0.10毫升，1.5毫摩尔）加入到洗涤树脂并搅拌该混合物在室温下2小时。
      4. 除去通过过滤通过排水的溶液。洗，用无水级的 CH 2 Cl 2中的树脂（3毫升，3分钟搅拌）和无水级的MeOH（3毫升，3分钟搅拌）交替三次，然后用无水级的 CH 2 Cl 2（3毫升，3分搅拌）三次。
      5. 重复该协议在2.1.3-2.1.6所述量化摩尔数加载茹单体2。
    3. 的Fmoc-和侧残余叔丁基（ 叔丁基）的装载-protected（L）l-谷氨酸（谷氨酸）（7 CAS RN 71989-18-9;图1）
      1. 添加无水级二氯甲烷 （4.5毫升），谷氨酸·H 2 O（39.4毫克，88.8微摩尔），HBTU（50.5毫克，133.2微摩尔），无水级DMSO（0.5毫升），和我 PR 2 NET（ 50微升）在N 2气氛中加入到洗涤树脂根据这个命令并搅拌该混合物，在室温德12小时温度（ 图2e）。
        注:谷氨酸的量·H 2 O和HBTU逐渐从步骤2.3至2.7，以保持它们的化学计量在树脂恒定反应性-NH 2功能的降低。
      2. 重复该协议在2.2.2-2.2.4描述。
      3. 取树脂的一小部分出烧瓶，放入三氟乙酸（CF 3 CO 2 H）（2.5微升），三乙基硅烷（的Et 3 SiH基）（0.5微升）的混合物，和1,2-二氯乙烷（ 47微升）。超声处理的混合物0.5小时，并使用为质谱-4,7,8,9-（ 图3a）所得到的溶液中。
      4. 重复该协议在2.1.3-2.1.6所述量化摩尔数加载谷氨酸。
    4. 铂单体3装载
      1. 添加无水级的DMSO（4.5毫升），铂单体（32.9毫克，33.3微摩尔），HBTU（18.9毫克，50.0微摩尔），无水级CH 2Cl 2中（0.5毫升）， 我镨2净（20微升）在N 2气氛中经洗涤的树脂根据这个命令，搅拌在室温下（ 图2f）的 12小时的混合物。
      2. 重复该协议在2.2.2-2.2.5所述量化摩尔数加载铂单体3。
    5. 谷氨酸装载
      1. 添加无水级二氯甲烷 （4.5毫升），谷氨酸·H 2 O（27.8毫克，62.9微摩尔），HBTU（35.8毫克，94.4微摩尔），无水级DMSO（0.5毫升），和我 PR 2 NET（ 50微升）在N 2气氛中经洗涤的树脂根据这个命令，搅拌在室温下12小时的混合物。
      2. 重复该协议中2.3.2-2.3.4（ 图3b）所描述。
    6. 铑单体4加载
      1. 添加无水级的DMSO（4.5毫升）中，铑单体4（21.8毫克，23.3微摩尔），HBTU（13.3毫克，35.0微摩尔），无水级二氯甲烷 （0.5毫升），和我镨2 NET（20微升）在N 2气氛到洗涤树脂根据这个命令，搅拌混合物在室温下（ 图2G）12小时。
      2. 重复该协议在2.2.2中描述。
      3. 重复该协议在2.6.1中描述。
      4. 重复该协议在2.2.2-2.2.5所述量化摩尔数加载的Rh单体4。
    7. 谷氨酸装载
      1. 添加无水级二氯甲烷 （4.5毫升），谷氨酸·H 2 O（20.4毫克，46.0微摩尔），HBTU（26.2毫克，69.0微摩尔），无水级DMSO（0.5毫升），和我 PR 2 NET（ 50微升）在N 2气氛中经洗涤的树脂根据这个命令，搅拌在室温下12小时的混合物。
      2. 重复该协议在2.3.2-2.3.4描述（图3c）。
    8. 2-装载[2-（2-甲氧基乙氧基）乙氧基]乙酸（TEG）酸（8 CAS RN 16024-58-1;图1）
      1. 加无水级的 CH 2 Cl 2（3毫升），三甘醇酸（14微升，91.0微摩尔），HBTU（51.7毫克，136.5微摩尔），无水级的 CH 2 Cl 2（2ml）中， 我 PR 2净（ 50微升）在N 2气氛中经洗涤的树脂根据这个命令，搅拌在室温下12小时的混合物。
      2. 除去通过过滤通过排水的溶液。用无水级的DMSO洗涤树脂（3毫升，搅拌5分钟）两次，无水级的MeOH（3毫升，3分钟搅拌）和无水级的 CH 2 Cl 2（3毫升，3分钟搅拌）交替三次和无水级的 CH 2 Cl 2（3毫升，3分钟搅拌）三次。
    9. 从树脂裂解在固相合成结束时
      1. 洗用乙醚（4毫升，搅拌5分钟）三次，所述树脂干它的真空下，用无水级的 CH 2 Cl 2溶胀它（1毫升，搅拌5分钟）。
      2. 添加CF 3 CO 2 H（0.1毫升），乙醚3的SiH（20微升），和1,2-二氯乙烷（1.9毫升）中的悬浮液的混合物中，搅拌，在室温下12小时的混合物。
      3. 通过漏极除去通过过滤该溶液，加入CF的新的混合物3 CO 2 H（0.1毫升），乙醚3的SiH（20微升），和1,2-二氯乙烷（1.9毫升）中的树脂，并搅拌该混合物在室温下1小时。
      4. 重复步骤2.9.3至溶液变为肉眼无色（ 图2h）。
      5. 结合所有的解决方案，通过协议2.9.2-2.9.4获得并通过质谱法-4,7,8,9-（ 图3d）分析所得溶液中的内容。
      6. 除去由evaporatio溶液的挥发性物质n和溶解残余物中的CF 3 CO 2 H（0.2mL）中，的Et 3 SiH基（40微升），和1,2-二氯乙烷（3.8毫升）的混合物中。
      7. 搅拌在室温下24小时的混合物中，并通过质谱法-4,7,8,9-分析所得溶液的内容物在1（ 图3e）的侧面的残基，以证实T卜组的完全脱保护。
      8. 除去通过蒸发该溶液的挥发性物质。
    10. 1纯化
      1. 超声处理固体残渣通过协议2.9在CH 2 Cl 2得到，倒出溶液。直到澄清溶液变成无色视觉重复此过程。
      2. 通过质谱法-4,7,8,9-分析所得固体残余物中的内容。
      3. 用MeOH（100微升/ 10毫克）与超声处理洗涤残余物，滗析该溶液，并分析所得到的S中的内容通过质谱法-4,7,8,9-奥利德残基。
      4. 溶解在通过超声处理一个CH 3 CN（90微升）和水（10微升）的混合物中的残余物（1毫克）中，用磷酸盐缓冲盐水（800微升，10毫米，pH值= 7.4）得到的溶液相结合。超声处理混合物，并在37℃下孵育其24小时。
      5. 提取在澄清上清液中的有色物质与1,2-二氯乙烷（500微升），CH 3 CN（20微升），和CF 3 CO 2 H（20微升）的混合物中。分析通过质谱法-4,7,8,9-（ 图3f）的提取物。
      6. 重复萃取直到水相变为肉眼无色。合并有机溶液，并通过蒸发除去挥发性物质。

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结果

图1示出的最终目标化合物，前体，和中间体的分子结构， 图2示出了树脂的图像和图3示出的样品中的选定的过程的步骤的MALDI-TOF质谱。从图2a的图像至2h显示的，因为它在该协议的第2反应步骤经历的树脂的颜色和外观的变化。 MALDI-TOF质谱法用于跟踪反应，并确认目标物质的存在预期。

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讨论

完美除去从树脂上不希望的化学物质的不总是可能简单地通过与可以容易地溶解的化学品的溶剂洗涤。一个关键的技术能够有效地洗涤树脂是以使其膨胀并反复收缩，使剩余的内部的化学品将被压出。这就是为什么在我们的程序将树脂用CH 2 Cl 2和MeOH处理交替，因为它是洗涤（ 例如，协议2.1.4）。

作为连续多非量化偶联反应的结果，在作为切割的混合物...

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披露声明

The authors have nothing to disclose.

致谢

This work was supported by the World Premier International Research Center (WPI) Initiative on Materials Nanoarchitectonics and a Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research (No. 26620139), both of which were provided from MEXT, Japan.

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材料

NameCompanyCatalog NumberComments
Dichloro(1,5-cyclooctadiene)platinum(II)TCID3592
Rhodium(III) chloride trihydrateKanto Chemical36018-62
Phosphate buffered saline, tabletSigma AldrichP4417-50TAB 
NovaSyn TG Sieber resinNovabiochem8.55013.0005
HBTUTCIB1657
Benzoic anhydrideKanto Chemical04116-30
Trifluoroacetic acidKanto Chemical40578-30
TriethylsilaneTCIT0662
2-[2-(2-Methoxyethoxy)ethoxy]acetic acidSigma Aldrich407003Dried over 3 Å sieves
DithranolWako Pure Chemical Industries191502
N-methylimidazoleTCIM0508
PiperidineKanto Chemical32249-30
4'-(4-methylphenyl)-2,2':6',2"-terpyridineSigma Aldrich496375
Dehydrated grade dimethylsulfoxideKanto Chemical10380-05 
Dehydrated grade methanolKanto Chemical25506-05 
Dehydrated grade dichloromethaneKanto Chemical11338-84
MeOHKanto Chemical25183-81 
DimethylsulfoxideKanto Chemical10378-70
Ethyl acetateKanto Chemical14029-81
AcetonitrileKanto Chemical01031-70 
1,2-dichloroethaneKanto Chemical10149-00
Diethyl etherKanto Chemical14134-00 
DichloromethaneKanto Chemical10158-81

参考文献

  1. Takanashi, K., et al. Heterometal Assembly in Dendritic Polyphenylazomethines. Bull. Chem. Soc. Jpn. 80, 1563-1572 (2007).
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  3. Sculfort, S., Braunstein, P. Intramolecular d10-d10 Interactions in Heterometallic Clusters of the Transition Metals. Chem. Soc. Rev. 40, 2741-2760 (2011).
  4. Vairaprakash, P., Ueki, H., Tashiro, K., Yaghi, O. M. Synthesis of Metal-Organic Complex Arrays. J. Am. Chem. Soc. 133, 759-761 (2011).
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  6. White, P., Eds Dörner, B. Synthetic Notes. Peptide Synthesis 2008/2009. , Merck: Germany. (2009).
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  9. Fracaroli, A. M., Tashiro, K., Yaghi, O. M. Isomers of Metal-Organic Complex Arrays. Inorg. Chem. 51, 6437-6439 (2012).
  10. Gude, M., Ryf, J., White, P. D. An Accurate Method for the Quantitation of Fmoc-Derivatized Solid Phase Supports. Letters in Peptide Science. 9, 203-206 (2002).
  11. Merrifield, R. B. Solid Phase Peptide Synthesis. I. The Synthesis of a Tetrapeptide. J. Am. Chem. Soc. 85, 2149-2154 (1963).

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