JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

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

Аннотация

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.

Введение

Контролируемый синтез сложных молекулярных структур всегда была одной из основных проблем в синтетической химии. С этой точки зрения, для синтеза многоядерные гетерометаллические комплексов в проектируемый моды все еще является достойным предметом быть оспорены в области неорганической химии, так как из числа возможных структурных исходов от лиганд-металлирования на основе подхода, который обычно используется для получение мономерных комплексов металлов. Хотя несколько примеров многоатомных гетерометаллическим комплексов сообщалось до сих пор 1,2,3, то методом проб и ошибок или трудный характер их синтеза вызывает необходимость разработки простого способа , который применим для широкого диапазона структур.

Как новый подход к решению этой проблемы, в 2011 году мы сообщали о методологии синтеза 4,5 , где различные мононуклеарных комплексы металлов , имеющие Fmoc-защищенный фрагмент аминокислоты последовательно соединен с получением несколькихметаллические пептидные массивы, используя протоколы твердофазного синтеза полипептидной 6. Из-за последовательного характера синтеза полипептида, определенная последовательность из нескольких металлических центров рационально проектируемый, контролируя количество и порядок сочетания реакций этих металлов сложных мономеров. В дальнейшем этот подход был дополнительно модульным , чтобы сделать различные крупные и / или разветвленные структуры массива путем объединения с ковалентной связью между двумя более короткими массивами 7.

Здесь мы покажем , как синтез таких multimetallic пептидных массивов обычно работает путем выбора недавно сообщили WSMOCA (1 8 CAS RN 1827663-18-2, рисунок 1) в качестве показательного примера. Хотя синтез одного конкретного массива описывается в данном протоколе, те же самые процедуры применимы к синтезу широкого спектра различных последовательностей, в том числе изомеров 9. Мы ожидаем, что эта протоCol будет вдохновлять больше исследователей участвовать в науке о последовательности контролируемых соединений, где молекулы исследуемого до сих пор, как правило, были биополимеры, но редко включают примеры металлокомплексных на основе видов.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

1. Получение металлического комплекса Мономеры (2 CAS RN 1381776-70-0, 3 CAS RN 1261168-42-6, 4 CAS RN 1261168-43-7; Рисунок 1)

  1. Получение Ru мономера 2
    1. Смешивают предшественник органического (5 9 CAS RN 1381776-63-1; рисунок 1) (380 мг, 0,48 ммоль) и [Ru (р -cymene) Cl 2] димер (224 мг, 0,37 ммоль) с мешалкой при аналогово 100 мл одного-образным вырезом с круглым дном колбу.
    2. Добавить метанол (MeOH) (25 мл) к смеси, подключить конденсатор к соединению колбы, и перемешивают суспензию при температуре 65 ° С в течение 3 ч в масляной бане с контролируемой температурой.
    3. Охлаждают реакционную смесь до комнатной температуры и Суспензию фильтруют через фильтровальную бумагу с помощью отсоса.
    4. Промывают осадок на фильтре тщательно МеОН до тех пор, пока фильтрат не станет бесцветным визуально и высушивают остаток при пониженном давлении.
    5. Объедин ют этот остаток и 4 '- (4-метилфенил) -2,2': 6 &# 39;, 2 "-terpyridine (216 мг, 0,68 ммоль) с мешалкой в ​​100 мл одного-образным вырезом с круглым дном колбу.
    6. Добавить MeOH (22,5 мл) и воды (2,5 мл) к смеси, подключить конденсатор к соединению колбы, и перемешивают суспензию при 70 ° С в течение 16 часов.
    7. Охлаждают реакционную смесь до комнатной температуры и фильтруют суспензию.
    8. Высушивают остаток на фильтре при пониженном давлении и растворяют его в диметилсульфоксиде (ДМСО) (3 мл).
    9. Добавить раствор ДМСО медленно избытком этилацетата (EtOAc).
    10. Фильтр полученной суспензии в, промывать осадок на фильтре с помощью EtOAc, и сушат под пониженным давлением.
  2. Получение Pt мономера 3
    1. Смешивают предшественник органического (6 4 CAS RN 1261168-39-1; рисунок 1) (360 мг, 0,50 ммоль) и Pt (циклоокта--1,5-диен) Cl 2 (195 мг, 0,52 ммоль) с мешалкой в 100 мл одного-образным вырезом с круглым дном колбу.
    2. Добавить MeOH (15 мл) к смеси, подключить конденсатор к соединению колбы, и перемешивают суспензию при температуре 65 ° С в течение 12 часов.
    3. Охлаждают реакционную смесь до комнатной температуры и фильтруют суспензию.
    4. Промывают осадок на фильтре тщательно метиловым спиртом и сушат под пониженным давлением.
  3. Получение Rh мономера 4
    1. Объединяют органические предшественника (6; рисунок 1) (360 мг, 0,50 ммоль) и RhCl 3 · 3H 2 O (137 мг, 0,52 ммоль) с мешалкой в 100 мл одного горловую круглодонную колбу.
    2. Добавить MeOH (50 мл) к смеси, подключить конденсатор к соединению колбы, и перемешивают суспензию при температуре 65 ° С в течение 12 часов в атмосфере N 2.
    3. Охлаждают реакционную смесь до комнатной температуры и фильтруют суспензию.
    4. Промывают осадок на фильтре тщательно метиловым спиртом и сушат под пониженным давлением.

    4. 2. Получение водорастворимых металлоорганического комплекса Массив 1

    1. Fmoc Деблокирование из TG Зибер смолы
      1. Объединить в оплаченный Т.Г. Sieber смолу (135 мг) с мешалкой в 10 мл 2-горлую колбу объемом подшипником слив в нижней части , снабженной стеклянным фильтром и 2-ходовым запорным краном (фиг.2А). Подключение 3-полосная запорный кран и стеклянной пробкой для суставов колбы.
      2. Обмен внутренней атмосферы с N 2 с помощью вакуумной линии, а затем раздувают смолу безводный класса дихлорметана (CH 2 Cl 2) (1 мл) (рис 2b).
      3. Добавить безводный класса диметилформамид (ДМФ) (3 мл) и пиперидин (1 мл) в данном порядке и перемешивали смесь в течение 2,5 ч при комнатной температуре.
      4. Удалить раствор путем фильтрации через дренажное. Промыть смолу с помощью безводного сорта MeOH (3 мл, 3 мин перемешивания) и безводного класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3мин перемешивание) попеременно в три раза , а затем безводный класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивание) в четыре раза (фиг.2с).
      5. Соединить все решения , полученные в 2.1.4 и разбавить их смесью ацетонитрил (CH 3 CN) до объема 50 мл. Перенесите аликвоту (1 мл) полученного раствора в кварцевую кювету с оптической длиной 1 см и разбавить его с CH 3 CN (2 мл).
      6. Определить количество молей разблокированному Fmoc фрагмента (F мкмоль) на основе коэффициента экстинкции пиперидин-dibenzofulvene аддукт (6,234 при 299 нм) 10 и спектроскопически полученную оптическую плотность (а) раствора , полученного с помощью протокола 2.1.5 в соответствии с таблицей уравнение:
        е = 0,05 х 10 6 х 3 х а / 6234
    2. Загрузка Ru мономера 2
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (2,5 мл), Ru мономер 2 (64,9 мг, 53,2 мкмоль), 2- (1Н-бензотриазол-1-ил) -1,1,3,3-тетраметилурони (HBTU) (30,3 мг, 79,8 мкмоль), безводный класса ДМСО (2,5 мл ), и N, N - диизопропилэтиламина (I Pr 2 Сетчатый) (20 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре (рис 2d).
      2. Удалить раствор путем фильтрации через дренажное. Промыть смолу с безводной класса ДМСО (3 мл, 5 мин перемешивания) три раза, безводного сорта MeOH (3 мл, 3 мин перемешивания) и безводного класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивания) поочередно три раза и безводного класса СН 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивание) в три раза.
      3. Добавить безводный класса CH 2 Cl 2 (5 мл), бензойную ангидрид (0,28 г, 1,5 ммоль) и N метилимидазол (0,10 мл, 1,5 ммоль) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смолы и размешатьсмесь в течение 2 ч при комнатной температуре.
      4. Удалить раствор путем фильтрации через дренажное. Вымойте смолы с безводной класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивания) и безводного-класса MeOH (3 мл, 3 мин перемешивания) поочередно три раза , а затем с безводной класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивания) в три раза.
      5. Повторите протоколы , как описано в 2.1.3-2.1.6 для количественного определения мол количества загруженного мономера Ru 2.
    3. Загрузка Fmoc- и боковой остаток трет-бутилового эфира (т Bu) охраняемыми (L) -glutamic кислоты (Glu) (7 CAS RN 71989-18-9; Рисунок 1)
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (4,5 мл), Glu · H 2 O (39,4 мг, 88,8 мкмоль), HBTU (50,5 мг, 133,2 мкмоль), безводного класса ДМСО (0,5 мл), и я Pr 2 ЧИСТАЯ ( 50 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной Temperature (рис 2д).
        Примечание: Суммы Glu · H 2 O и HBTU постепенно снизилась с шагом 2,3 до 2,7 , чтобы держать их стехиометрии реактивной функциональности -NH 2 на постоянной смолы.
      2. Повторите протоколы, как описано в 2.2.2-2.2.4.
      3. Возьмем небольшую часть смолы из колбы и поместить его в смеси трифторуксусной кислоты (CF 3 CO 2 H) (2,5 мкл), триэтилсилан (Et 3 SiH) (0,5 мкл), и 1,2-дихлорэтана ( 47 мкл). Разрушать ультразвуком смесь в течение 0,5 ч и использовать полученный раствор для масс - спектрометрии 4,7,8,9 (рис 3а).
      4. Повторите протоколы, как описано в 2.1.3-2.1.6 для количественного определения мол количества загруженного Glu.
    4. Загрузка Pt мономера 3
      1. Добавить безводный-класс ДМСО (4,5 мл), мономер Pt (32,9 мг, 33,3 мкмоль), HBTU (18,9 мг, 50,0 мкмоль), безводный класса CH 2Cl 2 (0,5 мл), и I Pr 2 NEt (20 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре (рис 2F).
      2. Повторите протоколы , как описано в 2.2.2-2.2.5 для количественного определения мол количество загруженного мономера Pt 3.
    5. Загрузка Glu
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (4,5 мл), Glu · H 2 O (27,8 мг, 62,9 мкмоль), HBTU (35,8 мг, 94,4 мкмоль), безводного класса ДМСО (0,5 мл), и я Pr 2 ЧИСТАЯ ( 50 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре.
      2. Повторите протоколы , как описано в 2.3.2-2.3.4 (рис 3b).
    6. Загрузка РЗ мономера 4
      1. Добавить безводного класса ДМСО (4,5 мл), Rh мономера 4 (21,8 мг, 23,3 мкмоль), HBTU (13,3 мг, 35,0 мкмоль), безводного класса CH 2 Cl 2 (0,5 мл), и я Pr 2 NEt (20 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытой смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре (рис 2 г).
      2. Повторите протоколы, как описано в 2.2.2.
      3. Повторите протоколы, как описано в 2.6.1.
      4. Повторите протоколы , как описано в 2.2.2-2.2.5 для количественного определения мол количество загруженного мономера Rh 4.
    7. Загрузка Glu
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (4,5 мл), Glu · H 2 O (20,4 мг, 46,0 мкмоль), HBTU (26,2 мг, 69,0 мкмоль), безводного класса ДМСО (0,5 мл), и я Pr 2 ЧИСТАЯ ( 50 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре.
      2. Повторите протоколы, как описано в 2.3.2-2.3.4 (3в).
    8. Загрузка 2- [2- (2-метоксиэтокси) этокси] уксусная (ТЭГ) кислота (8 CAS RN 16024-58-1; Рисунок 1)
      1. Добавить безводного класса CH 2 Cl 2 (3 мл), ТЭГ кислоту (14 мкл, 91,0 мкмоль), HBTU (51,7 мг, 136,5 мкмоль), безводного класса CH 2 Cl 2 (2 мл), и я Pr 2 ЧИСТАЯ ( 50 мкл) в указанном порядке в атмосфере N 2 к промытым смоле и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре.
      2. Удалить раствор путем фильтрации через дренажное. Промыть смолу с безводной класса ДМСО (3 мл, 5 мин перемешивания) два раза, безводного сорта MeOH (3 мл, 3 мин перемешивания) и безводного класса CH 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивания) поочередно три раза и безводного класса СН 2 Cl 2 (3 мл, 3 мин перемешивание) в три раза.
    9. Отщепление от полимера в конце твердофазного синтеза
      1. мытьсмола диэтиловым эфиром (4 мл, 5 мин перемешивания) три раза, сушат под вакуумом, и набухают его с безводной класса CH 2 Cl 2 (1 мл, 5 мин перемешивания).
      2. Добавить смесь CF 3 CO 2 H (0,1 мл), Et 3 SiH (20 мкл) и 1,2-дихлорэтане (1,9 мл) к суспензии и перемешивали смесь в течение 12 ч при комнатной температуре.
      3. Удалить раствор путем фильтрации через слив, добавить новую смесь CF 3 CO 2 H (0,1 мл), Et 3 SiH (20 мкл) и 1,2-дихлорэтане (1,9 мл) к смоле, и перемешивали смесь в течение 1 ч при комнатной температуре.
      4. Повторите шаг 2.9.3 , пока раствор становится визуально бесцветная (рис 2ч).
      5. Смешайте все решения, полученного с помощью протоколов 2.9.2-2.9.4 и проанализировать содержание полученного раствора с помощью масс - спектрометрии (4,7,8,9 рис 3d).
      6. Удаления летучих видов раствора путем evaporatioп и остаток растворяют в смеси CF 3 CO 2 H (0,2 мл), Et 3 SiH (40 мкл) и 1,2-дихлорэтана (3,8 мл).
      7. Смесь перемешивают в течение 24 ч при комнатной температуре и анализируют содержание полученного раствора с помощью масс - спектрометрии с 4,7,8,9 , чтобы подтвердить полное удаление защитных групп трет Bu групп в боковых остатках 1 (рисунок 3e).
      8. Удаления летучих видов раствора путем выпаривания.
    10. Очистка 1
      1. Разрушать ультразвуком твердый остаток, полученный по протоколу 2,9 в CH 2 Cl 2 и сливают раствор. Повторите этот процесс, пока раствор переливать не станет визуально бесцветная.
      2. Проанализировать содержание полученного твердого остатка с помощью масс - спектрометрии с 4,7,8,9.
      3. Промойте остаток МеОН (100 мкл / 10 мг) с озвучивания, сливают раствор, и проанализировать содержание результирующая sOlid остаток с помощью масс - спектрометрии с 4,7,8,9.
      4. Растворяют остаток (1 мг) в смеси CH 3 CN (90 мкл) и воды (10 мкл) с помощью обработки ультразвуком и комбинировать полученный раствор с фосфатным буфером (800 мкл, 10 мМ, рН = 7,4). Разрушать ультразвуком смесь и инкубировать при 37 ° С в течение 24 ч.
      5. Извлечение цветных видов в декантации надосадочной жидкости со смесью 1,2-дихлорэтане (500 мкл), CH 3 CN (20 мкл) и CF 3 CO 2 H (20 мкл). Анализ экстракта методом масс - спектрометрии 4,7,8,9 (рис 3F).
      6. Повторите экстракции до водной фазы становится визуально бесцветным. Объединяют органические растворы и удаления летучих соединений путем испарения.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

На рисунке 1 показаны молекулярные структуры конечных целевого соединения, предшественников и промежуточных продуктов . На рисунке 2 представлены изображения смолы и Рисунок 3 показывает масс - спектры MALDI-TOF образцов на отдельных этапов про...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Идеальное удаление нежелательных химических веществ из смолы не всегда можно просто промывкой растворителями, которые могут легко растворяться эти химические вещества. Ключевой метод эффективного мыть смолы, чтобы вызывать его набухание и усадку, так что повторно химические веществ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Раскрытие информации

The authors have nothing to disclose.

Благодарности

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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

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

Ссылки

  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).
  7. Sajna, K. V., Fracaroli, A. M., Yaghi, O. M., Tashiro, K. Modular Synthesis of Metal-Organic Complex Arrays Containing Precisely Designed Metal Sequences. Inorg. Chem. 54, 1197-1199 (2015).
  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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

116

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены