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  • Materiales
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Resumen

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

Resumen

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.

Introducción

la síntesis controlada de estructuras moleculares complejas siempre ha sido un tema importante en la química sintética. Desde este punto de vista, para sintetizar complejos heterometálicos multinucleares de una manera diseñable sigue siendo un tema digno de ser cuestionado en el campo de la química inorgánica, debido al número de posibles resultados estructurales desde el enfoque basado en ligando-metalación que se utiliza comúnmente para la preparación de complejos de metales de monómeros. Aunque varios ejemplos de complejos multinucleares heterometálicos se han reportado hasta el momento 1,2,3, el ensayo y error o penosidad de su síntesis requiere el desarrollo de un método sencillo que es aplicable a una amplia gama de estructuras.

Como un nuevo enfoque para abordar este problema, en 2011 se informó de una metodología sintética 4,5 donde varios complejos metálicos mononucleares que tienen un resto aminoácido protegido con Fmoc se acoplan secuencialmente para dar múltiplesmetálico matrices peptídicos mediante el uso de los protocolos de síntesis de polipéptidos en fase sólida 6. Debido a la naturaleza consecutiva de la síntesis de polipéptidos, una secuencia específica de múltiples centros metálicos es racionalmente designable mediante el control del número y orden de las reacciones de acoplamiento de los monómeros de complejos metálicos. Más tarde, este enfoque fue más modular para hacer varios más grande y / o ramificados estructuras de matriz mediante la combinación con el enlace covalente entre dos matrices más cortos 7.

Aquí vamos a mostrar cómo la síntesis de tales matrices peptídicos multimetálicos es típicamente operado por la elección de la WSMOCA informó recientemente (1 8 CAS RN 1827663-18-2; Figura 1) como un ejemplo representativo. Aunque la síntesis de una matriz particular se describe en este protocolo, los mismos procedimientos son aplicables a la síntesis de una amplia gama de diferentes secuencias, incluyendo los isómeros 9. Esperamos que este protocol inspire a más investigadores a participar en la ciencia de los compuestos de secuencia controlada, donde las moléculas investigadas normalmente hasta el momento han sido biopolímeros, pero rara vez se incluyen ejemplos de especies basada complejo de metal.

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Protocolo

1. Preparación de metal Monómeros Complex (2 CAS RN 1381776-70-0, 3 CAS RN 1261168-42-6, 4 CAS RN 1261168-43-7; Figura 1)

  1. Preparación de Ru monómero 2
    1. Combinar el precursor orgánico (5 9 CAS RN 1381776-63-1; Figura 1) (380 mg, 0,48 mmol) y [Ru (cimeno p) Cl 2] dímero (224 mg, 0,37 mmol) con una barra de agitación en una 100 de un solo cuello matraz de fondo redondo ml.
    2. Añadir metanol (MeOH) (25 ml) a la mezcla, conectar un condensador a la articulación del matraz, y se agita la suspensión a 65 ° C durante 3 horas en un baño de aceite de temperatura controlada.
    3. Se enfría la mezcla de reacción a temperatura ambiente y filtrar la suspensión a través de un papel de filtro por succión.
    4. Lavar el residuo en el filtro a fondo con MeOH hasta que el filtrado se vuelve visualmente incoloro y se seca el residuo bajo presión reducida.
    5. Combinar el residuo y 4 '- (4-metilfenil) -2,2': 6 y# 39;, 2 "-terpiridina (216 mg, 0,68 mmol) con una barra de agitación en 100 ml de una boca del matraz de fondo redondo.
    6. Añadir MeOH (22,5 ml) y agua (2,5 ml) a la mezcla, conectar un condensador a la articulación del matraz, y se agita la suspensión a 70 ° C durante 16 hr.
    7. Se enfría la mezcla de reacción a temperatura ambiente y filtrar la suspensión.
    8. Se seca el residuo del filtro a presión reducida y se disuelven en sulfóxido de dimetilo (DMSO) (3 ml).
    9. Añadir la solución de DMSO lentamente a un exceso de acetato de etilo (EtOAc).
    10. Se filtra la suspensión resultante, se lava el residuo sobre el filtro con EtOAc, y se seca bajo presión reducida.
  2. Preparación de Pt monómero 3
    1. Combinar el precursor orgánico (6 4 CAS RN 1261168-39-1; Figura 1) (360 mg, 0,50 mmol) y Pt (cicloocta-1,5-dieno) Cl 2 (195 mg, 0,52 mmol) con una barra de agitación en a 100 ml de un solo cuello matraz de fondo redondo.
    2. Añadir MeOH (15 ml) a la mezcla, conectar un condensador a la articulación del matraz, y se agita la suspensión a 65 ° C durante 12 hr.
    3. Se enfría la mezcla de reacción a temperatura ambiente y filtrar la suspensión.
    4. Lavar el residuo en el filtro a fondo con MeOH y se seca bajo presión reducida.
  3. Preparación de Rh monómero 4
    1. Combinar el precursor orgánico (6; Figura 1) (360 mg, 0,50 mmol) y RhCl 3 · 3H 2 O (137 mg, 0,52 mmol) con una barra de agitación en 100 ml de un solo cuello matraz de fondo redondo.
    2. Añadir MeOH (50 ml) a la mezcla, conectar un condensador a la articulación del matraz, y se agita la suspensión a 65 ° C durante 12 hr bajo una atmósfera de N 2.
    3. Se enfría la mezcla de reacción a temperatura ambiente y filtrar la suspensión.
    4. Lavar el residuo en el filtro a fondo con MeOH y se seca bajo presión reducida.

2. Preparación de metal soluble en agua-orgánico complejo conjunto 1

  1. Fmoc La desprotección de TG Sieber Resina
    1. Combine la resina TG Sieber como comprar-(135 mg) con una barra de agitación en un matraz de 10 ml de 2 bocas que lleva un drenaje en el fondo, equipado con un filtro de vidrio y una de 2 vías llave de paso (Figura 2a). Conectar una llave de paso de 3 vías y un tapón de vidrio a las articulaciones del matraz.
    2. Intercambiar la atmósfera interna con N2 mediante el uso de una línea de vacío, y después hinchar la resina con diclorometano anhidro de grado (CH 2 Cl 2) (1 ml) (Figura 2b).
    3. Añadir dimetilformamida anhidra grado (DMF) (3 ml) y piperidina (1 ml) en este orden y se agitó la mezcla durante 2,5 hr a temperatura ambiente.
    4. Retirar la solución por filtración a través del drenaje. Lavar la resina con anhidro de grado MeOH (3 ml, 3 minutos de agitación) y CH anhidro de grado 2 Cl 2 (3 ml, 3min de agitación) alternativamente tres veces y después con anhidro de grado CH 2 Cl 2 (3 ml, 3 minutos de agitación) cuatro veces (Figura 2c).
    5. Combinar todas las soluciones obtenidas en 2.1.4 y diluir con acetonitrilo (CH 3 CN) a un volumen de 50 ml. Transferir una alícuota (1 ml) de la solución resultante en una cubeta de cuarzo con una longitud óptica de 1 cm y se diluye con CH 3 CN (2 ml).
    6. Determinar el número mol de resto de desprotege Fmoc (f mol) en base al coeficiente de extinción de aducto de piperidina-dibenzofulveno (6,234 a 299 nm) 10 y la absorbancia obtenida espectroscópicamente (a) de la solución preparada a través del protocolo 2.1.5 según la siguiente ecuación:
      f = 0,05 x 10 6 x 3 x A / 6234
  2. La carga de Ru monómero 2
    1. Añadir anhidro de grado CH 2 Cl 2 (2,5 ml), Ru monómero 2 (64,9 mg, 53,2 mmol), 2- (1H-benzotriazol-1-il) -1,1,3,3-tetrametiluronio (HBTU) (30,3 mg, 79,8 mmol), DMSO anhidro de grado (2,5 ml ), y N, N-diisopropiletilamina (i Pr 2 NEt) (20 l) en este orden en una atmósfera de N 2 a la resina se lavó y se agita la mezcla durante 12 horas a temperatura ambiente (Figura 2d).
    2. Retirar la solución por filtración a través del drenaje. Lavar la resina con anhidro de grado DMSO (3 ml, 5 min de agitación) tres veces, anhidro de grado MeOH (3 ml, 3 min de agitación) y CH anhidro de grado 2 Cl 2 (3 ml, 3 min de agitación) alternativamente tres veces y anhidro de grado CH 2 Cl 2 (3 ml, 3 minutos de agitación) tres veces.
    3. Añadir CH anhidro de grado 2 Cl 2 (5 ml), anhídrido benzoico (0,28 g, 1,5 mmol), y N metilimidazol (0,10 ml, 1,5 mmol) en este orden en una atmósfera de N 2 a la resina lavada y revolverla mezcla durante 2 horas a temperatura ambiente.
    4. Retirar la solución por filtración a través del drenaje. Lavar la resina con anhidro de grado CH 2 Cl 2 (3 ml, 3 minutos de agitación) y anhidro de grado MeOH (3 ml, 3 min de agitación) alternativamente tres veces y luego con CH anhidro de grado 2 Cl 2 (3 ml, 3 min de agitación) tres veces.
    5. Repetir los protocolos como se describe en 2.1.3-2.1.6 para cuantificar el número de moles de monómero cargado Ru 2.
  3. La carga de Fmoc- y terciario-butil-lado residuo (t Bu) -Protegido (L) -glutámico (Glu) (7 CAS RN 71989-18-9; Figura 1)
    1. Añadir CH anhidro de grado 2 Cl 2 (4,5 ml), Glu · H2O (39,4 mg, 88,8 mmol), HBTU (50,5 mg, 133,2 mmol), anhidro de grado DMSO (0,5 ml), y i Pr 2 Net ( 50 l) en este orden en una atmósfera de N 2 a la resina lavada y se agitó la mezcla durante 12 hr en la sala de temperatura (Figura 2e).
      NOTA: Las cantidades de Glu · H2O y HBTU se disminuyen gradualmente desde 2,3 a 2,7 pasos para mantener su estequiometría a la funcionalidad reactiva -NH 2 de la constante de resina.
    2. Repetir los protocolos como se describe en 2.2.2-2.2.4.
    3. Tomar una pequeña porción de la resina del matraz y ponerlo en una mezcla de ácido trifluoroacético (CF 3 CO 2 H) (2,5 l), trietilsilano (Et 3 SiH) (0,5 l), y 1,2-dicloroetano ( 47 l). Sonicar la mezcla durante 0,5 horas y el uso de la solución resultante de la espectrometría de masas 4,7,8,9 (Figura 3a).
    4. Repetir los protocolos como se describe en 2.1.3-2.1.6 para cuantificar el número mol de Glu cargado.
  4. La carga de monómero Pt 3
    1. Añadir anhidro de grado DMSO (4,5 ml), monómero Pt (32,9 mg, 33,3 mmol), HBTU (18,9 mg, 50,0 mmol), CH-anhidro de grado 2Cl 2 (0,5 ml), y i Pr 2 NEt (20 l) en este orden en una atmósfera de N 2 a la resina se lavó y se agita la mezcla durante 12 horas a temperatura ambiente (Figura 2f).
    2. Repetir los protocolos como se describe en 2.2.2-2.2.5 para cuantificar el número de moles de monómero cargado Pt 3.
  5. La carga de Glu
    1. Añadir CH anhidro de grado 2 Cl 2 (4,5 ml), Glu · H2O (27,8 mg, 62,9 mmol), HBTU (35,8 mg, 94,4 mmol), anhidro de grado DMSO (0,5 ml), y i Pr 2 Net ( 50 l) en este orden en una atmósfera de N 2 a la resina se lavó y se agita la mezcla durante 12 horas a temperatura ambiente.
    2. Repetir los protocolos como se describe en 2.3.2-2.3.4 (Figura 3b).
  6. La carga de Rh monómero 4
    1. Añadir DMSO anhidro de grado (4,5 ml), Rh monómero 4 (21,8 mg, 23,3 mmol), HBTU (13,3 mg, 35,0 mmol), CH anhidro de grado 2 Cl 2 (0,5 ml), y i Pr 2 NEt (20 l) en este orden en una atmósfera de N 2 a la resina lavada y se agitó la mezcla de durante 12 horas a temperatura ambiente (Figura 2g).
    2. Repetir los protocolos como se describe en 2.2.2.
    3. Repetir los protocolos como se describe en 2.6.1.
    4. Repetir los protocolos como se describe en 2.2.2-2.2.5 para cuantificar el número de moles de monómero cargado Rh 4.
  7. La carga de Glu
    1. Añadir CH anhidro de grado 2 Cl 2 (4,5 ml), Glu · H2O (20,4 mg, 46,0 mmol), HBTU (26,2 mg, 69,0 mmol), anhidro de grado DMSO (0,5 ml), y i Pr 2 Net ( 50 l) en este orden en una atmósfera de N 2 a la resina se lavó y se agita la mezcla durante 12 horas a temperatura ambiente.
    2. Repetir los protocolos como se describe en 2.3.2-2.3.4 (Figura 3c).
  8. La carga de 2- [2- (2-metoxietoxi) etoxi] acético (TEG) ácido (8 CAS RN 16024-58-1; Figura 1)
    1. Añadir CH anhidro de grado 2 Cl 2 (3 ml), ácido TEG (14 l, 91,0 mmol), HBTU (51,7 mg, 136,5 mmol), CH anhidro de grado 2 Cl 2 (2 ml), y i Pr 2 Net ( 50 l) en este orden en una atmósfera de N 2 a la resina se lavó y se agita la mezcla durante 12 horas a temperatura ambiente.
    2. Retirar la solución por filtración a través del drenaje. Lavar la resina con anhidro de grado DMSO (3 ml, 5 min de agitación) dos veces, anhidro de grado MeOH (3 ml, 3 min de agitación) y CH anhidro de grado 2 Cl 2 (3 ml, 3 min de agitación) alternativamente tres veces y anhidro de grado CH 2 Cl 2 (3 ml, 3 minutos de agitación) tres veces.
  9. La escisión de la resina al final de la síntesis en fase sólida
    1. lavarla resina con éter dietílico (4 ml, 5 minutos de agitación) tres veces, se secan bajo un vacío, y se hincha con anhidro de grado CH 2 Cl 2 (1 ml, 5 min de agitación).
    2. Añadir una mezcla de CF 3 CO 2 H (0,1 ml), Et 3 SiH (20 l), y 1,2-dicloroetano (1,9 ml) a la suspensión y se agita la mezcla durante 12 horas a temperatura ambiente.
    3. Retirar la solución por filtración a través del drenaje, añadir una nueva mezcla de CF 3 CO 2 H (0,1 ml), Et 3 SiH (20 l), y 1,2-dicloroetano (1,9 ml) a la resina, y se agita la mezcla de durante 1 hora a temperatura ambiente.
    4. Repita el paso 2.9.3 hasta que la solución se vuelve visualmente incoloro (Figura 2h).
    5. Combinar todas las soluciones tal como se obtiene a través de protocolos 2.9.2-2.9.4 y analizar el contenido de la solución resultante mediante espectrometría de masas 4,7,8,9 (Figura 3d).
    6. Eliminar las especies volátiles de la solución por evaporation y disolver el residuo en una mezcla de CF 3 CO 2 H (0,2 ml), Et 3 SiH (40 l), y 1,2-dicloroetano (3,8 ml).
    7. Se agita la mezcla durante 24 horas a temperatura ambiente y analizar el contenido de la solución resultante mediante espectrometría de masas 4,7,8,9 confirmar la desprotección completa de los grupos t Bu en los residuos secundarios de 1 (Figura 3E).
    8. Eliminar las especies volátiles de la solución por evaporación.
  10. Purificación de 1
    1. Sonicar el residuo sólido tal como se obtiene a través del protocolo 2.9 en CH 2 Cl 2 y se decanta la solución. Repita este proceso hasta que la solución se vuelve decantación visualmente incoloro.
    2. Analizar el contenido del residuo sólido resultante mediante espectrometría de masas 4,7,8,9.
    3. Lavar el residuo con MeOH (100 l / 10 mg) con sonicación, se decanta la solución, y analizar el contenido de la resultante sOlid residuo mediante espectrometría de masas 4,7,8,9.
    4. Disolver el residuo (1 mg) en una mezcla de CH 3 CN (90 l) y agua (10 l) por sonicación y combinar la solución resultante con solución salina tamponada con fosfato (800 l, 10 mM, pH = 7,4). Sonicar la mezcla y se incuba a 37 ° C durante 24 horas.
    5. Extraer la especie de color en el sobrenadante de decantación con una mezcla de 1,2-dicloroetano (500 l), CH 3 CN (20 l), y CF 3 CO 2 H (20 l). Analizar el extracto mediante espectrometría de masas 4,7,8,9 (Figura 3f).
    6. Repetir la extracción hasta que la fase acuosa se vuelve visualmente incoloro. Combinar las soluciones orgánicas y eliminar las especies volátiles por evaporación.

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Resultados

Figura 1 muestra las estructuras moleculares de los finales compuesto objetivo, precursores y productos intermedios. La Figura 2 muestra las imágenes de la resina y la Figura 3 muestra los espectros de masas MALDI-TOF de muestras en los pasos de procedimiento seleccionadas. Las imágenes de la figura 2a a 2h muestran los cambios en el color y la apariencia de la resina que se somete durante las etapas d...

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Discusión

eliminación perfecta de los productos químicos no deseados de la resina no siempre es posible simplemente por lavado con disolventes que pueden disolver fácilmente esos productos químicos. Una técnica clave para lavar eficientemente la resina es causar que se hinche y encoger de forma repetitiva de manera que los productos químicos que quedan en el interior serán forzados hacia fuera. Esta es la razón por la resina en nuestro procedimiento se trata con CH 2 Cl 2 y MeOH alternativamente ya q...

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Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Agradecimientos

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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Materiales

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

Referencias

  1. Takanashi, K., et al. Heterometal Assembly in Dendritic Polyphenylazomethines. Bull. Chem. Soc. Jpn. 80, 1563-1572 (2007).
  2. Packheiser, R., Ecorchard, P., Rüffer, T., Lang, H. Heteromultimetallic Transition Metal Complexes Based on Unsymmetrical Platinum(II) Bis-Acetylides. Organometallics. 27, 3534-3536 (2008).
  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).
  5. Jacoby, M. Synthesis: Method Couples Various Metals in Predetermined Sequences. C&EN. 89, (2011).
  6. White, P., Eds Dörner, B. Synthetic Notes. Peptide Synthesis 2008/2009. , Merck: Germany. (2009).
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  8. Sukul, P. K., et al. A Water-Soluble Metal-Organic Complex Array as a Multinuclear Heterometallic Peptide Amphiphile That Shows Unconventional Anion Dependency in Its Self-Assembly. Chem. Commun. 52, 1579-1581 (2016).
  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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