Name: synthesis of information-bearing peptoids and their sequence-directed dynamic covalent self-assembly
Uploaded: 2020-02-06T13:00:00
Duration: 9 min 34 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly at JoVE.com

Questo lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Ufficio delle Scienze, Scienze dell'Energia di base, sotto il premio #DESC0012479. S.C.L. riconosce il sostegno del National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program, e A.F.A. riconosce il sostegno di Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC).

<ol>
	<li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleic+acid+junctions+and+lattices.">Nucleic acid junctions and lattices.</a> Journal of Theoretical Biology. 99 (2), 237-247 (1982).</li><li>Rothemund, P. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+to+create+nanoscale+shapes+and+patterns.">Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns.</a> Nature. 440, 297-302 (2006).</li><li>Watt, A. A. R., Bothma, J. P., Meredith, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+supramolecular+structure+of+melanin.">The supramolecular structure of melanin.</a> Soft Matter. 5 (19), 3754-3760 (2009).</li><li>T&#248;rring, T., Voigt, N. V., Nangreave, J., Yan, H., Gothelf, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+origami:+A+quantum+leap+for+self-assembly+of+complex+structures.">DNA origami: A quantum leap for self-assembly of complex structures.</a> Chemical Society Reviews. 40 (12), 5636-5646 (2011).</li><li>Wei, B., Dai, M., Yin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+shapes+self-assembled+from+single-stranded+DNA+tiles.">Complex shapes self-assembled from single-stranded DNA tiles.</a> Nature. 485 (7400), 623-626 (2012).</li><li>Clausen-Schaumann, H., Rief, M., Tolksdorf, C., Gaub, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+stability+of+single+DNA+molecules.">Mechanical stability of single DNA molecules.</a> Biophysical Journal. 78 (4), 1997-2007 (2000).</li><li>Rowan, S. J., Cantrill, S. J., Cousins, G. R. L., Sanders, J. K. M., Stoddart, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamic covalent chemistry. Angewandte Chemie - International Edition. 41 (6), (2002).</li><li>Jin, Y., Yu, C., Denman, R. J., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+dynamic+covalent+chemistry.">Recent advances in dynamic covalent chemistry.</a> Chemical Society Reviews. 42 (16), 6634-6654 (2013).</li><li>Furgal, J. C., Dunn, M., Wei, T., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+Applications+of+Dynamic+Covalent+Chemistry+from+Macro-+to+Nanoscopic+Length+Scales.">Emerging Applications of Dynamic Covalent Chemistry from Macro- to Nanoscopic Length Scales.</a> Dynamic Covalent Chemistry: Principles, Reactions, and Applications. , 389-434 (2017).</li><li>Hartley, C. S., Elliott, E. L., Moore, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalent+assembly+of+molecular+ladders.">Covalent assembly of molecular ladders.</a> Journal of the American Chemical Society. 129 (15), 4512-4513 (2007).</li><li>Wei, T., Furgal, J. C., Jung, J. H., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long,+self-assembled+molecular+ladders+by+cooperative+dynamic+covalent+reactions.">Long, self-assembled molecular ladders by cooperative dynamic covalent reactions.</a> Polymer Chemistry. 8 (3), 520-527 (2017).</li><li>Dunn, M. F., Wei, T., Scott, T. F., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous+dynamic+covalent+assembly+of+molecular+ladders+and+grids+bearing+boronate+ester+rungs.">Aqueous dynamic covalent assembly of molecular ladders and grids bearing boronate ester rungs.</a> Polymer Chemistry. (18), 2337-2343 (2019).</li><li>Furgal, J. C., Van Dijck, J. M., Leguizamon, S. C., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accessing+sequence+specific+hybrid+peptoid+oligomers+with+varied+pendant+group+spacing.">Accessing sequence specific hybrid peptoid oligomers with varied pendant group spacing.</a> European Polymer Journal. (118), 306-311 (2019).</li><li>Tozawa, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+organic+cages.">Porous organic cages.</a> Nature Materials. 8 (12), 973-978 (2009).</li><li>Tian, J., Thallapally, P. K., Dalgarno, S. J., McGrail, P. B., Atwood, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amorphous+molecular+organic+solids+for+gas+adsorption.">Amorphous molecular organic solids for gas adsorption.</a> Angewandte Chemie - International Edition. 48 (30), 5492-5495 (2009).</li><li>Jin, Y., Wang, Q., Taynton, P., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+covalent+chemistry+approaches+toward+macrocycles,+molecular+cages,+and+polymers.">Dynamic covalent chemistry approaches toward macrocycles, molecular cages, and polymers.</a> Accounts of Chemical Research. 47 (5), 1575-1586 (2014).</li><li>Ren, F., Day, K. J., Hartley, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-+and+three-tiered+stacked+architectures+by+covalent+assembly.">Two- and three-tiered stacked architectures by covalent assembly.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 55 (30), 8620-8623 (2016).</li><li>Elliott, E. L., Hartley, C. S., Moore, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalent+ladder+formation+becomes+kinetically+trapped+beyond+four+rungs.">Covalent ladder formation becomes kinetically trapped beyond four rungs.</a> Chemical Communications. 47 (17), 5028-5030 (2011).</li><li>Tran, H., Gael, S. L., Connolly, M. D., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid-phase+submonomer+synthesis+of+peptoid+polymers+and+their+self-assembly+into+highly-ordered+nanosheets.">Solid-phase submonomer synthesis of peptoid polymers and their self-assembly into highly-ordered nanosheets.</a> Journal of Visualized Experiments. (57), 1-6 (2011).</li><li>Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptoid+origins.">Peptoid origins.</a> Biopolymers. 96 (5), 545-555 (2011).</li><li>Sun, J., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptoid+polymers:+A+highly+designable+bioinspired+material.">Peptoid polymers: A highly designable bioinspired material.</a> ACS Nano. 7 (6), 4715-4732 (2013).</li><li>Belowich, M. E., Stoddart, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+imine+chemistry.">Dynamic imine chemistry.</a> Chemical Society Reviews. 41 (6), 2003-2024 (2012).</li><li>Giuseppone, N., Schmitt, J. L., Schwartz, E., Lehn, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scandium(III)+catalysis+of+transimination+reactions.+Independent+and+constitutionally+coupled+reversible+processes.">Scandium(III) catalysis of transimination reactions. Independent and constitutionally coupled reversible processes.</a> Journal of the American Chemical Society. 127 (15), 5528-5539 (2005).</li><li>Sh&#363;, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scandium+triflate+in+organic+synthesis.">Scandium triflate in organic synthesis.</a> European Journal of Organic Chemistry. 1999 (1), 15-27 (1999).</li><li>Wei, T., Furgal, J. C., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+deprotection+and+dynamic+covalent+assembly+using+a+dual+role+catalyst.">In situ deprotection and dynamic covalent assembly using a dual role catalyst.</a> Chemical Communications. 53 (27), 3874-3877 (2017).</li><li>Matsumoto, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid,+low+temperature+formation+of+imine-linked+covalent+organic+frameworks+catalyzed+by+metal+triflates.">Rapid, low temperature formation of imine-linked covalent organic frameworks catalyzed by metal triflates.</a> Journal of the American Chemical Society. 139 (14), 4999-5002 (2017).</li><li>Ma, X., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approaches+and+challenges+in+the+synthesis+of+three-dimensional+covalent-organic+frameworks.">Approaches and challenges in the synthesis of three-dimensional covalent-organic frameworks.</a> Communications Chemistry. , (2018).</li><li>Perron, V., Abbott, S., Moreau, N., Lee, D., Penney, C., Zacharie, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+for+the+selective+protection+of+aromatic+amines+in+the+presence+of+aliphatic+amines.">A method for the selective protection of aromatic amines in the presence of aliphatic amines.</a> Synthesis. 2 (2), 283-289 (2009).</li><li>Wei, T., Jung, J. H., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+covalent+assembly+of+peptoid-based+ladder+oligomers+by+vernier+templating.">Dynamic covalent assembly of peptoid-based ladder oligomers by vernier templating.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (51), 16196-16202 (2015).</li><li>Ouari, O., Chalier, F., Bonaly, R., Pucci, B., Tordo, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+spin-trapping+behaviour+of+glycosylated+nitrones.">Synthesis and spin-trapping behaviour of glycosylated nitrones.</a> Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions. 2 (10), 2299-2308 (1998).</li><li>Sun, J., Stone, G. M., Balsara, N. P., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure-conductivity+relationship+for+peptoid-based+PEO-mimetic+polymer+electrolytes.">Structure-conductivity relationship for peptoid-based PEO-mimetic polymer electrolytes.</a> Macromolecules. 45 (12), 5151-5156 (2012).</li><li>Sartori, G., Ballini, R., Bigi, F., Bosica, G., Maggi, R., Righi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protection+(and+deprotection)+of+functional+groups+in+organic+synthesis+by+heterogeneous+catalysis.">Protection (and deprotection) of functional groups in organic synthesis by heterogeneous catalysis.</a> Chemical Reviews. 104 (1), 199-250 (2004).</li><li>Kim, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+truncation+of+N-acylated+peptoids+under+acidic+conditions.">Unusual truncation of N-acylated peptoids under acidic conditions.</a> Organic &amp; biomolecular chemistry. 12 (28), 5222-5226 (2014).</li><li>Mannige, R. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptoid+nanosheets+exhibit+a+new+secondary-structure+motif.">Peptoid nanosheets exhibit a new secondary-structure motif.</a> Nature. 526 (7573), 415-420 (2015).</li><li>Edison, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformations+of+peptoids+in+nanosheets+result+from+the+interplay+of+backbone+energetics+and+intermolecular+interactions.">Conformations of peptoids in nanosheets result from the interplay of backbone energetics and intermolecular interactions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (22), 5647-5651 (2018).</li><li>Kobayashi, S., Sugiura, M., Kitagawa, H., Lam, W. W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rare-earth+metal+triflates+in+organic+synthesis.">Rare-earth metal triflates in organic synthesis.</a> Chemical Reviews. 102 (6), 2227-2302 (2002).</li><li>Fujinaga, S., Hashimito, M., Tsukagoshi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+composition+for+a+ternary+solvent+system+in+tube+radial+distribution+chromatography.">Investigation of the composition for a ternary solvent system in tube radial distribution chromatography.</a> Journal of Liquid Chromatography and Related Technologies. 38 (5), 600-606 (2015).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

La tecnica qui descritta descrive l'assemblaggio covalente dinamico di oligomeri peptoidi che portano informazioni, dove le informazioni sono codificate nella sequenza dei loro gruppi di ciondolo. L'uso di un monomero di ammina protetto da Alloc in combinazione con un monomero di aldeide etilene protetto da acetal consente la deprotection ortogonale, consentendo la deprotezione di Alloc sul tallone e la deprotezione acetale in situ durante la reazione di auto-assemblaggio, garantendo così che le sequenze sintetizzate non reagiscano prematuramente prima della purgomerificazione e della caratterizzazione delle oligogoni. È importante sottolineare che la sintesi in fase solida viene eseguita utilizzando una resina fotolabile per consentire la scissione dell'oligomero dal tallone sotto l'irradiazione UV o della luce viola, precludendo la deprotezione prematura del gruppo di protezione acido-labile e basato sull'etilene acetal. Si potrebbero considerare diversi sistemi alternativi di disprotezione. Per esempio, inizialmente abbiamo impiegato gruppi dual acid-labile di protezione (Boc-ammine e etilene acetal-aldeide) con l'intenzione di deprotection in situ da un forte acido seguito con neutralizzazione per consentire alla reazione di auto-assemblaggio di procedere; tuttavia, questo approccio ha provocato l'immediata generazione di precipitati dopo l'aggiunta di base. In alternativa, la protezione dell'ammina con un gruppo di protezione fotolabile, 2-(2-nitrophenyl)propoxycarbonyl (NPPOC), è stata concepita in quanto l'aldeide potrebbe essere deprotetta selettivamente dopo il trattamento con acido trifluoroacetico (TFA) prima della purificazione. Purtroppo, la fotolisi in situ del gruppo protettore con luce UV non ha permesso la deprotection quantitativa, anche in presenza di fotosensibilizzanti e dopo lunghi periodi di irradiazione25. Trimethylsilylethoxycarbonyl (cioè Teoc) può essere impiegato come gruppo di protezione delle ammine ed è soggetto a scissione dopo il trattamento con trigoni metallici di terre rare; tuttavia, la deprotection quantitativa del Teoc richiede carichi triflate metallici di terre rare molto più elevati di quelli necessari per la deprotection acetale di etilene. Per questo protocollo, possono essere utilizzate aree di Teoc-ammine, ma la concentrazione di acido di Lewis deve essere regolata di conseguenza in quanto la deprotection dell'ammina sottoquantitativa potrebbe rivelarsi problematica per le strutture più grandi auto-assemblate. I gruppi funzionali alipatici sono stati brevemente considerati, ma la deprotezione delle aldeidi alipatiche richiede condizioni difficili che troncano le sequenze peptoidi32,33.
L'incorporazione di Neee e Nma come residui di stanziamento inerte serve a migliorare la solubilità degli oligomeri e a consentire alla facile marcatura di massa degli oligomeri precursori di permettersi una pronta identificazione delle specie generate mediante spettroscopia di massa. Inoltre, data la conformazione "strand" dei peptoidi in cui i segmenti della spina dorsale adiacenti adottano stati rotazionali opposti per formare un oligomero lineare, senza torsioni34,35, sequenze che incorporano residui di distanziali dinamici e inerti alternati facilita notori in cui i gruppi di pendenti reattivi sono orientati nella stessa direzione. Data la versatilità del metodo dei submonomeri, è possibile impiegare una vasta e diversificata libreria di ammine primarie per modificare ulteriormente gli oligomeri peptoidi, ma può richiedere modifiche al protocollo per mantenere un'elevata efficienza di accoppiamento.
Mentre gli oligo(peptoidi) possono essere sintetizzati manualmente in un vaso di reazione di vetro19, l'automazione del processo riduce il tempo per ogni aggiunta di residuo da diverse ore a mezz'ora. Inoltre, l'automazione riduce la quantità di rifiuti di solvibili monomeri e di lavaggio, particolarmente desiderabili quando si utilizzano monomeri di ammina primaria che non sono disponibili in commercio. Anche se la cleavazione Alloc dai residui di ammina protetta è una reazione efficiente, l'ossidazione del palladio può provocare una deprotezione incompleta. Di conseguenza, si suggerisce di testare una parte della resina e caratterizzare l'entità della deprotection con ESI-MS. Per i scissioni di prova, 30 min under 405 nm irradia peptoide sufficienti per la spettrometria di massa. La deprotection parziale può essere limitata con l'uso di condizioni anaerobiche o ripetendo la reazione di deprotection.
Mentre questo articolo si concentra su Sc(OTf)3 come reagente multiruolo, altri triflate di metallo di terre rare, come lo ytterbium triflate, hanno dimostrato di mediare con successo l'assemblaggio di scale molecolari orientato alle informazioni. In particolare, Sc(OTf)3 è il più acido Lewis dei triflate metallici di terre rare; pertanto, a causa della ridotta capacità catalitica offerta da altri trigoni metallici di terre rare24,36, possono essere necessari equivalenti maggiori per effettuare la completa deprotection acetale di etilene e la dissociazione del filo. Il numero di equivalenti necessari può essere determinato con la spettrometria di massa MALDI osservando il punto in cui i fili si dissociano completamente. La dissociazione è fondamentale nel processo di auto-assemblaggio ed è analoga allo scioglimento dei filamenti di acido nucleico a temperature elevate. La successiva estrazione del catalizzatore consente la formazione e l'interruzione di accoppiamenti covalenti dinamici che propagano l'assemblaggio di duplex specifici della sequenza. Questa graduale annessione dei fili oligomerici aggira l'intrappolamento cinetico (che, per le scale molecolari, può produrre specie fuori registro o sequenze di coppia in modo errato) sperimentate con altri metodi.
Cloroformio è un ottimo solvente come separazione di fase nel sistema cloroformio / acetonitrile / acqua ternaria utilizzato qui promuove l'estrazione parziale di acido Lewis senza provocare precipitazioni di strutture auto-assemblate37. Inoltre, il cloroformio è uno dei pochi solventi che promuove la formazione di imine pur mantenendo la solubilità della scala molecolare. Le quantità di tracce di duplex out-of-registry e accoppiati in modo non corretto possono essere spesso osservati a causa della natura dinamica del sistema. Anche se questo sistema è in gran parte inalterato da piccole variazioni nelle concentrazioni di triflate di metalli di terre rare al momento dell'estrazione, a volte, l'insufficiente estrazione del catalizzatore genera una porzione significativa di ibridazione incompleta e accoppiamenti di oligomeri non specifici. In questo caso, è generalmente preferibile ri-dissociare con altri 1,5 equivalenti di catalizzatore e quindi estrarre una seconda volta piuttosto che riestrarre immediatamente, poiché la dissociazione completa di singoli fili è vitale per il processo. Per assemblare contemporaneamente diverse scale molecolari con codifica di informazioni uniche, potrebbe essere necessario aumentare la concentrazione della soluzione di stock triflate metallico di terre rare utilizzata per mantenere equivalenti e volume di reazione totale.
Mentre questi auto-assemblaggi sono principalmente caratterizzati da spettrometria di massa, sono possibili altre tecniche tra cui il trasferimento di energia di risonanza a fluorescenza (FRET). Le limitazioni includono la quantità di materiale necessaria, la convenienza dei monomeri e il rapporto segnale-rumore. Le tecniche che richiedono solventi, come 1H NMR, possono inoltre soffrire di insolubilità di strutture auto-assemblate. Inoltre, le concentrazioni di triflate metallici di terre rare dopo l'estrazione possono essere determinate attraverso metodi come ICP-MS o 19F NMR con uno standard interno.
Man mano che progredisce verso un migliore controllo sulle nanostrutture e sui materiali macro e sopra-molecolari, si pone la sfida di progettare e fabbricare assiemi regolari, ma modificabili. Il protocollo descritto in questa relazione fornisce un percorso per raggiungere tali nanostrutture attraverso assembly selettivi di sequenza attraverso interazioni covalenti dinamiche.

Il progresso nell'auto-assemblaggio, il processo mediante il quale piccole sottounità generano architetture più grandi attraverso percorsi termodinamicamente guidati, ha offerto un migliore controllo sulle nanostrutture macro e sopra-molecolari tipicamente sfruttando interazioni intermolecolari come l'impilamento z e il legame di idrogeno1,2,3,4. In particolare, gli acidi nucleici (cioè i polinucleotidi) sono emersi come mezzi di nanocostruzione straordinariamente versatili, in quanto l'elevata densità di informazione fornita dall'abbinamento base Watson-Crick consente l'assemblaggio di strutture complesse e selettive in sequenza4,5. Mentre la resistenza intrinsecamente bassa di questi legami intermolecolari transitori consente il riarrangiamento e la correzione degli errori delle sottounità, le strutture risultanti sono spesso suscettibili alla degradazione termica e meccanica6. Al contrario, le interazioni covalenti dinamiche7,8,9, una classe di reazioni covalenti che formano obbligazioni che sono reversibili o riordinabili in condizioni miti e sono state recentemente impiegate per produrre complesse macromolecole come scale10,11,12,13, gabbie14,15,16e pile17, offrono maggiori punti di forza del legame e strutture robuste. Purtroppo, la capacità di riarrangiamento e di controllo degli errori è diminuita dai tassi di riorganizzazione relativamente bassi di queste specie covalenti, riducendo la loro capacità di auto-assemblaggio nei prodotti desiderati18. Per affrontare questa intrappolamento cinetico, i catalizzatori o le dure condizioni di reazione vengono spesso utilizzati in combinazione con semplici blocchi di costruzione. Qui, riportiamo un processo che aggira l'intrappolamento cinetico per consentire l'autoassemblaggio di scale molecolari da oligomeri specifici della sequenza in cui l'ibridazione è diretta dalle informazioni codificate nelle sequenze residue dell'oligomero.
Data la loro accessibilità sintetica, i poli (glicine sostituiti con N) (cioè peptoidi) sono impiegati come precursori oligomerici da cui vengono assemblate le scale molecolari19. I peptoidi sono isomeri strutturali di peptidi in cui i gruppi di ciondolo sono apposti sull'azoto trasmesso dalla spina dorsale invece di essere accoppiati con il20. Utilizzando la sintesi in fase solida, si ottiene prontamente il posizionamento esatto di gruppi di ciondolo covalenti dinamici lungo la catena peptoide, consentendo la progettazione di oligomeri precursori in grado di assemblarsi in complesse strutture sopramolecolari21.
Il riarrangiamento covalente dinamico della connettività imine è impiegato in questa procedura come la reazione di condensazione che genera imine fornisce un mezzo conveniente per caratterizzare l'auto-assemblaggio da spettrometria di massa come ogni legame formato si traduce in una riduzione di massa di 18 g/mol22. Inoltre, l'equilibrio tra i reati dell'ammina e l'aldeide e il prodotto dell'imine può essere variato alterando la concentrazione acida. In particolare, i triflati metallici di terre rare sono usati per influenzare l'equilibrio e inoltre deproteggere le aldeidi acetali protette con etilene23,24,25. Da notare, il triflate di scandio è già comunemente usato nel campo dell'autoassemblaggio covalente dinamico, compreso il suo recente successo nell'aiutare la sintesi di quadri organici covalenti (COF) a temperatura ambiente26,27. Inoltre, la solubilità contrastante delle sequenze oligo (peptoide) e del trigonfio metallico di terre rare consente il controllo dell'equilibrio attraverso l'estrazione di liquidi. Il processo riportato utilizza questo controllo per aggirare le barriere cinetiche che impediscono l'auto-assemblaggio diretto dalle informazioni.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1,4-Dioxane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D1114</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-(4-Hydroxyphenylazo)benzoic acid (HABA)</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>54793</td>
			<td>Matrix substance for MALDI-MS; &#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-(2-Aminoethyl)aniline</td>
			<td>Ontario Chemicals</td>
			<td>A2076</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Cyanobenzaldehyde</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>049317</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Methylpiperidine</td>
			<td>TCI America</td>
			<td>P0445</td>
			<td>&#8805;98.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Toluenesulfonyl chloride</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>BR1703</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL High Performance Centrifuge Tubes</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>21008-240</td>
			<td>Centrifuge Tubes used for automated synthesizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A38-212</td>
			<td>Glacial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic anhydride</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A10</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>34851</td>
			<td>For HPLC; Gradient grade; &#8805;99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>All-plastic Norm-Ject syringes</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>S7510-10</td>
			<td>Luer-Slip Syringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allyl chloroformate</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>221741000</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bromoacetic acid</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A14403</td>
			<td>&#8805;98.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>288306</td>
			<td>Anhydrous; &#8805;99%; Contains 0.5-1.0% ethanol as stabilizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform-d</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>AC320690075</td>
			<td>For NMR; 99.8 atom % D; Packaged in 0.75 ml ampoules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichlorodimethylsilane</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>1133100</td>
			<td>&#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloroethane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>E175</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D37-4</td>
			<td>Stabalized; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl ether</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>615080010</td>
			<td>Anhydrous; ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethylene glycol monoethyl ether</td>
			<td>TCI America</td>
			<td>E0048</td>
			<td>&#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Decon Labs</td>
			<td>2701</td>
			<td>200 Proof; Anhydrous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>E178</td>
			<td>Certified</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fmoc-Photolabile SS resin</td>
			<td>CreoSalus</td>
			<td>SA50785</td>
			<td>100-200 mesh; 1% DVB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Peptide Vessel</td>
			<td>Chemglass</td>
			<td>CG-1866-02</td>
			<td>Solid Phase, T-Bore PTFE Stpk, Vacuum, Medium Frit, GL 25 Thread</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LC-6AD HPLC pumps</td>
			<td>Shimadzu Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED 405nm</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>M405L2-C1</td>
			<td>405 nm LED used for photocleavage of peptoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED Driver</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>LEDD1B</td>
			<td>Driver for LED light used in photocleavage of peptoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liberty Blue Automated Peptide Synthesizer</td>
			<td>CEM Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium aluminum hydride</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>199877</td>
			<td>Powder; Reagent grade; 95%; CAUTION: Mildly pyrophoric, handle under inert gas and protect from moisture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luna C18 analytical RP-HPLC column</td>
			<td>Phenomenex</td>
			<td>00G-4252-E0</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luna C18 prepatory RP-HPLC column</td>
			<td>Phenomenex</td>
			<td>00G-4253-P0-AX</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A412</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microliter Syringe</td>
			<td>Hamilton Company</td>
			<td>80700</td>
			<td>Cemented Needle (N)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N&#39;-Diisopropylcarbodiimide (DIC)</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>M02889</td>
			<td>&#8805;99.0%; CAUTION: DIC is hazardous to eyes, skin, via respiratory inhalation, and may cause skin sensitization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-Dimethylformamide</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>319937</td>
			<td>ACS reagent; &#8805;99.8%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A200-212</td>
			<td>Certified ACS Plus</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen gas</td>
			<td>Cryogenic Gases</td>
			<td></td>
			<td>Contents under pressure, may explode if heated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenylsilane</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>S13600</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prominence SPD-10A UV/vis Detector</td>
			<td>Shimadzu Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p-Toluenesulfonic acid monohydrate</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>402885</td>
			<td>ACS reagent; &#8805;98.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scandium(III) triflate</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>009343</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single-use Needle</td>
			<td>Exel International</td>
			<td>26420</td>
			<td>18G x 1 1/2&#8243;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium azide</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>094448</td>
			<td>99%; CAUTION: NaN3 may react with lead and copper which results in the formation of highly explosive metal azides. It is acutely toxic and fatal if swallowed or in contact with skin.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S233</td>
			<td>Powder; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S318-100</td>
			<td>Pellets; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium sulfate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S421-500</td>
			<td>Anhydrous; Granular; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Filter 0.45 &#181;m</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>28145-497</td>
			<td>PTFE, Syringe Filters with Polypropylene Housing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>T397</td>
			<td>Certified</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0)</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>034279</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>T324</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triphenylphosphine</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>037818</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of information-bearing peptoids and their sequence-directed dynamic covalent self-assembly

Questo protocollo presenta l'uso di reagenti multiruolo acidi di Lewis per aggirare l'intrappolamento cinetico osservato durante l'autoassemblaggio di fili oligomerici codificati in informazioni mediati da interazioni covalenti dinamiche accoppiate in modo da imitare il ciclo termico impiegato comunemente per l'auto-assemblaggio di sequenze di acido nucleico complementari. I monomeri di ammina primaria che portano aldeide e le moieties acionte di ammina sono funzionalizzati con gruppi di protezione ortogonale per l'uso come coppie dinamiche di reattori covalenti. Utilizzando un sintetizzatore peptide automatizzato modificato, i monomeri di ammina primaria sono codificati in filamenti oligo (peptoide) attraverso la sintesi di submonomeri in fase solida. Dopo la purificazione mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) e la caratterizzazione mediante spettrometria di massa di ionizzazione elettrospray (ESI-MS), gli oligomeri specifici della sequenza sono sottoposti ad alto carico di un triflate di metalli acidi nocivi Lewis che sconvolge entrambe le mogli di aldeide e colpisce l'equilibrio della coppia di reattori in modo tale che i filamenti completamente dissociati. Successivamente, viene estratta una frazione dell'acido di Lewis, consentendo l'analizzazione di fili complementari specifici della sequenza di formare scale molecolari codificate in informazioni caratterizzate da spettrometria di massa di desorption/ionizzazione laser assistita a matrice (MALDI-MS). La semplice procedura descritta in questo rapporto aggira le trappole cinetiche comunemente sperimentate nel campo dell'assemblaggio covalente dinamico e funge da piattaforma per la progettazione futura di architetture robuste e complesse.

Per dimostrare la capacità dei peptoidi con codifica di informazioni di sottoporsi all'autoassemblaggio covalente dinamico selettivo in scale molecolari, un filamento rappresentativo, H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma, è stato sintetizzato e ibridato con la sua sequenza peptoide complementare. I monotgi Npam e Npal (caratterizzati da 1H NMR (500 MHz), Figura 1) sono stati impiegati come coppie dinamiche di reattori covalenti con Neee aiutando solubilità dei prodotti auto-assemblati finali. Inoltre, l'incorporazione del monomero Nma disponibile in commercio consente una differenziazione di massa tra le due sequenze complementari. Al termine della sintesi di submonomeri in fase solida, il gruppo Alloc è stato rimosso con Pd(PPh3)4. Prima e dopo la deprotection, parti della resina sono state screpolate sotto la luce 405 nm e caratterizzate da ESI-MS (Figura 2). La sequenza è stata purificata dalla prep HPLC, linfoofilizzata per ottenere una polvere bianca e la purezza confermata con HPLC analitico (Figura 3). L'oligo(peptoide) è stato successivamente ibridato con la sua sequenza complementare, H2N-[Npal-Neee-Nam-Neee]2-Npal, per permettersi una scala nel registro confermata da MALDI-MS (Figura 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig1a.jpg"> Figura 1: schemi sintetici Monomer e 1spettri H-NMR. (A) Schemi sintetici monomerici con reagenti e condizioni: (i) cloroformato allealle, acido acetico acquoso al 10%, 1,4 dioxane, temperatura ambiente, durante la notte; ii) glicole di etilene, acido toluene-p-sulfonico, toluene, reflusso, durante la notte; (iii) LiAlH4, anidroso Et2O, 0 C per 4 h quindi temperatura ambiente per 12 h; (iv) cloruro di tosil, THF, 0 c; (v) NaN3, DMF, 60 gradi centigradi, 36 h; (vi) trehenylphosphine, THF, durante la notte. (B) Monomer 1spettri H-NMR (500 MHz, CDCl3): (i) 4-(2-aminoethyl)-N-(allelcarbonyloxy)fenylamina (Npam); ii) 4-(1,3-dioxacyclopent-2-yl)benzylamine (Npal); (iii) 2-(2-ethoxyethoxy)etilamina (Neee). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig1alarge.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig2.jpg"> Figura 2: Sintesi e deprotezione di un oligo (peptoide) specifico della sequenza. (A) Strutture di H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma prima e dopo la rimozione del gruppo di protezione dell'Alloc con lo spettro di massa ESI di accompagnamento (B). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig2alarge.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig3a.jpg"> Figura 3: Purificazione e caratterizzazione di un peptoide con codifica informativa. (A) cromatogramma HPLC della purificazione del filamento mediante salatificazione HPLC con gradiente lineare di acetonitrile (MeCN) e acqua: (1) 30% MeCN, 0.1-2.1 min; (2) 30-95% MeCN, 2,1-16,1 min; (3) 95% MeCN, 16.1-23.1 min; (4) 95% MeCN, 23.1-26.1 min. I picchi i e ii corrispondono rispettivamente a sottoprodotti a bassa reazione molecolare, principalmente DIC-urea, e specie oligomeriche tra cui il prodotto desiderato. (B) Cromatogramma HPLC analitico e (C) spettro di massa ESI di H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma dopo liofilizzazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig3large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig4.jpg"> Figura 4: Auto-assemblaggio di H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma e la sua sequenza complementare, H2N-[Npal-Neee-Nam-Neee]2-Npal. (A) Strutture delle due sequenze e dell'assieme risultante basato su sequenza. (B) Spettro di massa MALDI della scala molecolare dopo l'annealing a temperatura ambiente durante la notte. Masse: attese [M-Na]- 3306,7, trovate 3306.0; previsto [M-1 imines.r.l., 3324.7, trovato 3323.9; previsto [M-2 imine s.r.l., 3342,7, trovato 3342,8; previsto [M-2 imine s.l.m. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig4large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly at JoVE.com

Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly

Viene presentato un protocollo per la sintesi di oligomeri peptoidi codificati in informazioni e per l'autoassemblaggio di questi peptoidi diretti in sequenza in scale molecolari utilizzando ammine e aldeidi come coppie dinamiche di reazione covalenti e Lewis acida rara terra triflates in metallo come reagenti multiruolo.

Sintesi dei Peptoidi a informazione e del loro autoassemblaggio covalente dinamico diretto in sequenza

This protocol presents the use of Lewis acidic multi-role reagents to circumvent kinetic trapping observed during the self-assembly of information-encoded ...

Questo protocollo consente l'assemblaggio diretto dall'informazione di sequenze oligomeriche mediante interazioni covalenti dinamiche, imitando realmente l'ibridazione selettiva della sequenza degli acidi nucleici ma con una maggiore forza di legame interstrando. Gli assiemi covalenti dinamici sono in genere limitati a architetture semplici a causa della loro limitata capacità di riarrangiamento delle obbligazioni e correzione degli errori. Al contrario, aumentando lungo la concentrazione di un acido di Lewis per influenzare la dissociazione del legame e successivamente catalizzare il riarrangiamento del legame, questa tecnica mitiga i limiti prevalenti di intrappolamento cinetico dei sistemi di auto-assemblaggio.Questo metodo potrebbe essere utilizzato in una varietà di campi che utilizzano reazioni di riarrangiamento del legame covalente, dalle struttura organiche covalenti con tassi di difetti eccezionalmente bassi alle interfacce dei tessuti biomateriali che sono in grado di adattarsi e adattarsi al continuo rimodellamento del substrato tissutale. Quando si esegue questa tecnica per la prima volta, gli individui possono trovare assiemi intrappolati cineticamente anche dopo lunghi tempi di ricottura. Consigliamo agli utenti per la prima volta di tentare le ibridazioni tra oligomeri che portano esclusivamente aldeide ed esclusivamente residui di ammina, semplificando le informazioni codificate e quindi l'ibridazione.Per iniziare questa procedura, pesare 0,125 grammi di resina di supporto solido fotolabile FMOC e aggiungerla a un contenitore di reazione del sintetizzatore automatizzato fritte. Inserire il recipiente nella parte a microonde del sintetizzatore. Riempire la bottiglia principale di solvente con DMF e la bottiglia di deprotezione con una soluzione di 20%4-metilpiperidina in DMF e svuotare i rifiuti.Successivamente, preparare una soluzione molare di acido bromoacetico e DIC in DMF con volumi totali di 1,5 millilitri per ogni residuo in sequenza e 0,47 millilitri di anidride acetica a 4,53 millilitri di DMF per fare una soluzione di capping a cinque millilitri. Preparare 0,5 soluzioni molare di ogni ammina primaria da utilizzare in NMP. Il volume totale di ciascuna soluzione deve essere di 2,5 millilitri per ogni residuo dell'ammina primaria appropriata più altri 2,5 millilitri.Aggiungi tutte le soluzioni al collettore automatico del sintetizzatore. Utilizzando un sintetizzatore peptidico automatizzato, gonfiare la resina, scindere il gruppo FMOC ed eseguire la reazione di spostamento come delineato nel protocollo di testo. Successivamente, salinizzare le pareti di un recipiente di reazione in vetro fritte dotato di un fermaglio a tre velocità riempierlo in cima con una soluzione di 5%diclorodimetilsilano in DCE.Lasciare riposare per 30 minuti, quindi scolare il recipiente e lavarlo con DCE e metanolo. Dopo che il recipiente è asciutto, trasferire la resina ad esso. Lavare la resina tre volte con DCM utilizzando cinque millilitri per ogni lavaggio mentre si gorgoglia con gas azoto attraverso un braccio e si tira sottovuoto con un altro.Asciugare e conservare la resina e l'oligopeptoide attaccato fino a deprotezione e scissione. Quando è pronto per continuare, rigonfiare la resina se è stata conservata per più di un giorno gorgogliandola con cinque millilitri di DMF per 10 minuti. Scolare il recipiente e aggiungere una piccola barra di agitazione magnetica e tre millilitri di DCM secco al recipiente peptidico di vetro.Pesare 0,1 equivalenti del catalizzatore palladio e 25 equivalenti di fenilsilano per gruppo alloca. Utilizzare un morsetto per posizionare il recipiente di reazione ad un angolo superiore alla piastra di agitazione in modo che la resina subisca un'agitazione delicata pur rimanendo sospesa nel solvente e cappuccio il recipiente per evitare che il DCM evapori. Dopo un'ora, filtrare la soluzione e lavare la resina tre volte con DCM utilizzando cinque millilitri per lavaggio.Quindi, ripetere ancora una volta la deprotezione alloc. Successivamente, sciacquare la resina in sequenza con metanolo e DCM due volte e trasferire la resina e la barra di agitazione magnetica in una fiala da 20 millilitri. Immergere la resina in DMF, mescolare e scindere come delineato nel protocollo di testo.Quindi, utilizzare un filtro siringa per separare l'oligopeptoide liberato dalla resina e rimuovere il solvente sotto vuoto. Ricostituire i peptoidi in una miscela 50-50 di acqua e acetonitrile e purificare con HPLC preparativo in fase invertita. Unire le frazioni purificate, quindi congelarle e liofilizzare per produrre una polvere biancastra.Analizzare la polvere con spettrometria di massa ESI e MALDI. Per valutare la purezza, eseguire HPLC analitici degli oligopeptoidi purificati. In primo luogo, preparare soluzioni stock da 10 millimolari di ogni sequenza oligopeptoide utilizzata per l'auto-assemblaggio e una soluzione di stock di 10 millimolare di triflato di scandio in acetonitrile anidro.Aggiungere 20 microlitri di ogni soluzione di calcio peptoide a una fiala da tre millilitri dotata di una barra di agitazione magnetica. Aggiungere 1,5 equivalenti della soluzione di triflate di scandio per potenziale legame ammina dalla soluzione stock e aggiungere abbastanza acqua e acetonitrile per formare 200 microlitri di una soluzione di acqua e acetonitrile al 2%. Mescolare delicatamente a 70 gradi Celsius per due ore per la deprotezione acetile dell'aldeide e la dissociazione di tutti i filamenti.Successivamente, caricare la fiala con 200 microlitri di cloroformio e due millilitri di acqua. Agitare delicatamente la fiala. Lasciare riposare la miscela per almeno 15 minuti.Al termine della separazione di fase, estrarre lo strato organico con una siringa a microliter. Trasferire lo strato organico su una nuova fiala e mescolare a 70 gradi Celsius per la ricottura degli oligomeri che in genere richiede sei ore. Per dimostrare la capacità dei peptoidi codificati in informazioni di sottoporsi all'auto-assemblaggio covalente dinamico selettivo in scale molecolari, un filamento rappresentativo viene sintetizzato e ibridato con la sua sequenza peptoide complementare.I monomeri NPAM e NPAL sono impiegati come coppie reagenti covalenti dinamiche con NEEE che aiutano la solubilità dei prodotti finali auto-assemblati. Al termine della sintesi dei sottomonomeri in fase solida, il gruppo alloc viene rimosso. Prima e dopo la deprotezione, porzioni della resina sono state scisse sotto la luce di 405 nanometri e caratterizzate da spettrometria di massa di ionizzazione elettrospray.La sequenza viene purificata dalla preparazione HPLC, quindi liofilizzata per ottenere una polvere biancastra e la purezza è confermata con HPLC analitico. L'oligopeptoide viene successivamente ibridato con la sua sequenza complementare per permettersi una scala in registro confermata da MALDI-MS. Quando si esegue questa procedura, ricordarsi di concedere tempo sufficiente per i livelli completamente separati fino a quando la frazione acquosa diventa trasparente, almeno 15 minuti per garantire un'estrazione sufficiente del catalizzatore.Dopo aver completato questa procedura di assemblaggio, la spettrometria di massa deve essere eseguita per determinare l'estensione dell'ibridazione. Inoltre, la spettrometria di massa plasmatica accoppiata induttivamente o la NMR al fluoro possono essere utilizzate per valutare la concentrazione di scandio dopo l'estrazione. Mentre questa tecnica è stata recentemente sviluppata, prevediamo che l'approccio biomimetico descritto nel nostro lavoro sarà determinante per dirigere la progettazione futura e l'assemblaggio diretto dall'informazione di nanostrutture complesse.Molti dei reagenti qui utilizzati sono pericolosi. Si prega di prestare attenzione quando si maneggiano queste o qualsiasi altra sostanza chimica. Indossare tutti i dispositivi di protezione individuale ed eseguire tutti gli esperimenti all'interno di una cappa aspirante.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Organic Chemistry

Chemistry

Unit 1

Acids and Bases

SCIENTISTS IN ACTION

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

Origami Ispirato auto-assemblaggio di particelle Fantasia e riconfigurabile

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Ricerca

Chimica

Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

Formazione di strutture biomolecolari ordinate dalla Self-assemblaggio di piccoli peptidi

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control ...

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

Auto-assemblaggio di forme complesse bidimensionali da Campagna DNA a singolo filamento

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this ...

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

Sintesi di non-uniforme Pr-drogato SrTiO<sub&gt; 3</sub&gt; Ceramica e le loro proprietà termoelettriche

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma ...

Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface

Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks COFs: A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface

Sintesi microfluidica a base di strutture organiche COF (COF): uno strumento per la produzione continua di fibre COF e stampa diretta su una superficie

Covalent Organic Frameworks (COFs) are a class of porous covalent materials which are frequently synthesized as unprocessable crystalline powders. The ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

L'innesto Multiwalled Carbon Nanotubes con polistirolo per abilitare l'auto-assemblaggio e discromie anisotropo

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Microscopia elettronica in trasmissione di liquidi-cellula per l'inseguimento auto-assemblaggio delle nanoparticelle

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Synthesis and Mass Spectrometry Analysis of Oligo-peptoids

Sintesi e analisi di spettrometria di massa di Oligo-peptoids

Peptoids are sequence-controlled peptide-mimicking oligomers consisting of N-alkylated glycine units. Among many potential applications, peptoids have ...

Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control

Fabbricazione di nanocristalli micellare sferica e a forma di verme combinando Electrospray, auto-assemblaggio e controllo di struttura a base di solvente

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of ...

Preparation of Stable Bicyclic Aziridinium Ions and Their Ring-Opening for the Synthesis of Azaheterocycles

Preparazione di stabile biciclico Aziridinium ioni e loro anello-apertura per la sintesi di Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the ...