CN110740994A - 具有受正交保护的酯部分的肽核酸(pna)单体 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及受正交保护的肽核酸(PNA)单体酯，这些酯基可在允许典型的主链和侧链酸和碱不稳定的保护基团保持基本完整的条件下被除去，从而允许高的PNA单体羧酸产率，这些PNA单体羧酸适用于PNA寡聚物合成。示例性酯基包括但不限于2,2,2‑三氯乙基(TCE)、2,2,2‑三溴乙基(TBE)、2‑溴乙基(2‑BE)和2‑碘乙基(2‑IE)。本发明还涉及用于合成主链酯化合物和相关主链酯酸盐的新颖方法。

Description

具有受正交保护的酯部分的肽核酸(PNA)单体
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月23日提交的美国临时专利申请号62/475,429、2017年7月17日提交的美国临时专利申请号62/533,582和2018年1月24日提交的美国临时专利申请号62/621,514的权益。将前述申请中的每一个的披露内容通过引用以其全文并入本文。
关于联邦资助的研究或开发的声明
本申请是部分地在美国国立卫生研究院授予的授权号R44GM108187下由政府支持完成的。美国政府享有本发明的一定的权利。
本文使用的节标题皆仅出于组织目的，而不应被解释为以任何方式限制所描述的主题。
附图说明
熟练的技术人员将理解，以下描述的附图仅是出于说明目的。附图不旨在以任何方式限制本教导的范围。附图不一定以任何比例呈现，并且不应被解释为意味着任何比例。在各种图和化学式中，为了清楚起见，有时展示与另一部分的附接点。
图1是示例性γ肽核酸(PNA)单体亚基(PNA寡聚物)的图示，其中鉴定了它的各种亚组。
图2是若干种常见(但非限制性)未受保护的核碱基(在图1中标识为‘B’)的图示，这些核碱基可以与PNA单体(或聚合物/寡聚物的亚基)连接。对于具有环外胺部分的那些核碱基，可以用保护基团保护所述环外胺。在一些实施例中，可以保护核碱基的内酰胺和/或环氮基团。在一些实施例中，可任选地保护核碱基的其他基团或原子(例如，硫)。
图3是常用于PNA合成的各种示例性核碱基的图示。对于具有环外胺部分的那些核碱基，可以用保护基团保护所述环外胺。在一些实施例中，可以保护核碱基的内酰胺和/或环氮基团。在一些实施例中，可任选地保护核碱基的其他基团或原子(例如，硫)。
图4是若干种示例性碱不稳定的N-末端胺保护基团的图示，这些N-末端胺保护基团可用于针对如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯(下文定义)的N-末端胺基团的正交保护方案。
图5是若干种示例性酸不稳定的N-末端胺保护基团的图示，这些N-末端胺保护基团可用于针对如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯(下文定义)的N-末端胺基团的正交保护方案。
图6a是若干种示例性碱不稳定的环外胺保护基团的图示，这些环外胺保护基团可用于针对如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯(下文定义)的核碱基的正交保护方案。
图6b是若干种示例性酸不稳定的环外胺保护基团(或保护基团方案，诸如Bis-Boc)的图示，这些环外胺保护基团或保护基团方案可用于针对如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯(下文定义)的核碱基的正交保护方案。
图6c是若干种示例性酰亚胺和内酰胺保护基团的图示，这些酰亚胺和内酰胺保护基团可用于针对如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯的核碱基的正交保护方案。
图7是若干种示例性基团/部分的图示，这些基团/部分可作为与如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯(下文定义)的主链的α和/或γ碳连接的侧链呈现。因为IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg和IIIh部分仅包含碳和氢，所以它们通常认为是相当不反应的并且因此典型地不需要保护基团。因为IIIi、IIIj、IIIk和IIIm部分包含胺官能团，所以在如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯中它们可以用胺保护基团保护(参见例如：图9a和9b，下面)。因为IIIn、IIIo和IIIp部分包含硫原子，所以在如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯中它们可以用硫保护基团保护(参见例如：图13a和13b，下面)。因为IIIq、IIIr和IIIs部分包含羟基，所以在如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯中它们可以用羟基保护基团保护(参见例如：图16a、16b、17a和17，下面)。
图8是若干种示例性(非限制性)基团/部分的图示，这些基团/部分可作为与如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯的主链的α和/或γ碳连接的侧链呈现。因为IIIt和IIIu部分包含羧酸官能团，所以在如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯中它们可以用羧酸保护基团保护(参见例如：图10a和10b，下面)。因为IIIv和IIIw部分包含酰胺官能团，所以在如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯中它们可以用酰胺保护基团保护(参见例如：图11，下面)。类似地，IIIx、IIIy和IIIz基团可包含适用于如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯中的所述精氨酸、色氨酸和组氨酸侧链的保护基团(参见：分别地，图12a、12b、14a、14b、15a和15b)。如本发明的一些实施例所预期的PNA单体或PNA单体酯中的微PEG(miniPEG)侧链的优选实施例也如式IIIaa所展示或如式IIIab的侧链所展示(其中R16和n是下文定义的)。
图9a是若干种示例性(非限制性)酸不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含有胺的侧链部分，诸如下式的那些：IIIi、IIIj、IIIk和IIIm。
图9b是若干种示例性(非限制性)碱不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含有胺的侧链部分，诸如下式的那些：IIIi、IIIj、IIIk和IIIm。
图10a是若干种示例性(非限制性)酸不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含有羧酸的侧链部分，诸如下式的那些：IIIt和IIIu。
图10b是若干种示例性(非限制性)碱不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含有羧酸的侧链部分，诸如下式的那些：IIIt和IIIu。
图11是若干种示例性(非限制性)酸不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含有酰胺的侧链基团，诸如下式的那些：IIIv和IIIw。
图12a是若干种示例性(非限制性)酸不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含有胍鎓的侧链部分，诸如式的那个，诸如下式的那些：IIIx。
图12b是若干种示例性(非限制性)碱不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含有胍鎓的侧链部分，诸如式的那个，诸如下式的那些：IIIx。
图13a是若干种示例性(非限制性)酸不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含有硫醇的侧链部分，诸如下式的那些：IIIn。
图13b是若干种示例性(非限制性)碱不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含有硫醇的侧链部分，诸如下式的那些：IIIn。
图14a是若干种示例性(非限制性)酸不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护吲哚侧链部分，诸如下式的那些：IIIy。
图14b是若干种示例性(非限制性)其他保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护吲哚侧链部分，诸如下式的那些：IIIy。
图15a是若干种示例性(非限制性)酸不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护咪唑侧链部分，诸如下式的那些：IIIz。
图15b是若干种示例性(非限制性)碱不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护咪唑侧链部分，诸如下式的那些：IIIz。
图16a是若干种示例性(非限制性)酸不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含羟基的部分，诸如下式的那些：IIIq和IIIr。
图16b是若干种示例性(非限制性)其他保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含羟基的部分，诸如下式的那些：IIIq和III。
图17a是若干种示例性(非限制性)酸不稳定的保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含酚的部分，诸如下式的那些：IIIs。
图17b是若干种示例性(非限制性)其他保护基团的图示，这些保护基团可以尤其用于保护含酚的部分，诸如下式的那些：IIIs。
图18a是可用于本发明的一些新型PNA单体酯实施例的合适核碱基(未受保护形式)的各种(非限制性)实例的图示。
图18b是可用于本发明的一些新型PNA单体酯实施例的在图18a中展示的核碱基的合适的受保护形式的各种(非限制性)实例的图示。
图19是用于制备用于本发明的一些实施例的各种氨基酸酯和氨基酸酯酸盐组合物的示例性方法的图示。在图示中，PgX表示胺保护基团，PgA表示酸不稳定的胺保护基团(例如，Boc)，并且PgB表示碱不稳定的胺保护基团(例如，Fmoc)。R5、R6、R11、R12、R13、R14和Y-基团是下文定义的。
图20是得到醛组合物的若干种示例性合成路径的图示，这些醛组合物可用于制备如本发明的一些实施例所预期的新型主链酯(下文定义)和主链酯酸盐(下文定义)组合物。Pg1、R2、R3和R4基团是如下定义的。
图21是一种(若干种)得到如本发明的一些实施例所预期的新型主链酯和主链酯酸盐组合物的可能合成路线的图示。Pg1、R2、R3、R4、R5、R6、R11、R12、R13、R14和Y-基团是下文定义的。
图22是用于将主链酯和主链酯酸盐组合物转化为如本发明的一些实施例所预期的PNA单体酯组合物的一些可能(非限制性)方法的图示。Pg1、R2、R3、R4、R5、R6、R9、R10、R11、R12、R13、R14和Y-基团是下文定义的。B是核碱基。
图23是用于将PNA单体酯组合物转化为如本发明的一些实施例所预期的PNA单体(如下定义)组合物的一些可能(非限制性)方法的图示。
图24a是重叠HPLC迹线的图像，示出了在一定条件下示例性PNA单体酯组合物转化为PNA单体组合物(参见：实例12)。
图24b是重叠HPLC迹线的图像，示出了在一定条件下示例性PNA单体酯组合物转化为PNA单体组合物(参见：实例12)。
图25是重叠HPLC迹线的图像，示出了在一定条件下示例性PNA单体酯组合物转化为PNA单体组合物(参见：实例13)。
图26a是重叠HPLC迹线的图像，示出了在一定条件下示例性PNA单体酯组合物转化为PNA单体组合物(参见：实例13)。
图26b是重叠HPLC迹线的图像，示出了在一定条件下示例性PNA单体酯组合物转化为PNA单体组合物(参见：实例13)。
图27A是用于生产主链酯酸盐组合物的新颖方法的图示。
图27B是用于生产主链酯酸盐组合物的新颖方法的图示。
图27C是将可商购的N-boc-乙二胺转化为包含诸如Fmoc的碱不稳定的保护基团的乙二胺衍生物的方法的图示。
将本申请中引用的所有文献和类似材料，包括但不限于专利、专利申请、文章、书籍和论文，无论此类文献或类似材料的形式如何，均出于任何和所有目的通过引用以其全文明确地并入本文。
描述
1.技术领域
本申请和一个或多个相关发明涉及肽核酸(PNA)单体和寡聚物以及可用于制备PNA单体前体(即，PNA单体酯、主链酯和主链酯酸盐，下文定义)的方法和组合物的领域，这些PNA单体前体可用于制备PNA单体，其中所述PNA单体可用于制备所述PNA寡聚物。
2.简介
肽核酸(PNA)寡聚物是可以高亲和力和序列特异性与核酸结合的聚合物核酸模拟物(参见例如：参考文献A-1、B-1和B-2)。尽管它的名称，但是肽核酸既不是肽，也不是核酸。PNA不是肽，因为它的单体亚基不是传统/天然氨基酸或天然存在的任何氨基酸(尽管天然氨基酸及其侧链在一些实施例中可以作为PNA单体的亚组分掺入)。PNA不是核酸，因为它不是由核苷或核苷酸亚基构成的，并且也不是酸性的。PNA寡聚物是聚酰胺。因此，其主链典型地在一端包含胺末端并且在另一端包含羧酸末端(参见：图1)。
PNA寡聚物典型地(但不是唯一地)通过逐步增加PNA单体来构建。每个PNA单体典型地(但不是必须)包含N-末端保护基团、用于其包含环外胺的核碱基侧链和C-末端羧酸部分的不同/正交保护基团(注意，胸腺嘧啶和尿嘧啶衍生物通常不需要保护基团)二者。在某些情况下，需要其他保护基团；例如，当PNA单体包含具有亲核、亲电子或其他反应性部分(例如，赖氨酸、精氨酸、丝氨酸、天冬氨酸或谷氨酸侧链部分)的α、β或γ取代基时。参见图1，为PNA寡聚物的典型PNA亚基的各种亚组分的图示和命名。
尽管不是唯一选择，但是因为PNA是聚酰胺(就像肽一样)，所以PNA寡聚物合成传统上利用了针对肽化学开发的许多合成方法和保护基团方案，从而促进其适应用于肽合成的自动化仪器。例如，第一类可商购的PNA单体是使用通常称为boc-苄基(boc/Cbz)化学的方式构建的(参见例如参考文献B-1和B-2)。更特别地，这些PNA单体(它们主要基于氨基乙基甘氨酸主链)利用N-末端叔丁氧基羰基(boc或t-boc基团)来保护末端胺基团并且利用苄氧基羰基(Cbz或Z基团)来保护腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)核碱基的环外胺基团(即，胸腺嘧啶核碱基和尿嘧啶核碱基典型地不包含保护基团)。这些PNA单体通常称为‘boc/Z’或‘boc/cbz’PNA单体。虽然这种保护方案是可行的(并且典型地产生如与Fmoc化学相比纯度较优的产物)，但是因为boc基团需要在每个合成循环时向柱中输送诸如三氟乙酸(TFA)的强酸，这个要求使此方法的自动化吸引力较小。值得注意的是，‘boc/Z’或‘boc/cbz’PNA单体不是真正正交的，因为boc和Cbz基团都是酸不稳定的，尽管的确Cbz基团需要如与boc保护基团相比显著更强的酸来将其除去。
为避免使用TFA，碱不稳定的芴基甲氧基羰基(Fmoc)基团经常用于肽合成，包括自动化肽合成。当今，大多数PNA寡聚物由PNA单体制备，这些PNA单体包含碱不稳定的Fmoc基团作为PNA单体的N-末端胺保护基团。对于核碱基的环外胺基团，已使用酸不稳定的保护基团二苯基甲氧基羰基(Bhoc)和t-boc(或Boc)(参见下文实例11和表11B中的讨论)。因此，这些PNA单体通常称为Fmoc/Bhoc PNA单体或Fmoc/t-boc(或Fmoc/boc)PNA单体，这取决于在核碱基的环外胺基团上使用的保护基团的性质。
无论所采用的N-末端保护基团方法的性质如何，PNA单体最通常通过以下方式制备：使C-末端甲基或乙基酯与强碱(诸如氢氧化钠或氢氧化锂)进行皂化，接着进行酸化以从而产生C-末端羧酸部分(参见例如参考文献A-2、A-3和B-3)。对于boc/Z保护方法，这种皂化方法效果很好，从而以高产率和高纯度产生PNA单体，因为boc基团和Cbz基团都不是碱不稳定的。然而，如果PNA单体前体包含碱不稳定的保护基团(例如，Fmoc)，则这种方法通常导致差的PNA单体产率(典型地在柱纯化后小于50％)(尤其是随着规模增加时)，如与boc/Z PNA单体对应物相比，该PNA单体通常纯度较差。
最近，已经采用PNA单体苄基酯的氢化来提高产率和纯度(参见：参考文献C-27)。如目前所述，此方法需要大量溶剂并且存在C-单体的胞嘧啶环中的双键被氢化的风险。
也已使用烯丙基酯作为PNA单体制备中的前体(参见：参考文献C-36)。如所描述的，通过使用昂贵的钯催化剂除去烯丙基酯。
3.定义和缩写
出于解释本说明书的目的，以下定义将适用，并且在任何适当时，以单数使用的术语也将包括复数并且反之亦然。如果下面阐述的任何定义与所述词语在任何其他文档中的使用相冲突，则出于解释本说明书及其相关权利要求的范围和意图的目的，应始终以下面阐述的定义为准。尽管有前述内容，但通过引用并入本文的任何文件中包含的词语的范围和含义不应通过下面给出的定义而被改变(出于解释所述文件的目的)。相反，所述并入的文件(以及其中发现的词语)应当被解释为它/它们被普通从业者在其公布时基于其内容和披露内容并且当根据本文提供的描述内容的上下文进行考虑时所理解的那样。
“或”的使用意指“和/或”，除非另有说明或者使用“和/或”明显不合适。“一个/种”的使用意指“一个/种或多个/种”，除非另有说明或者使用“一个/种或多个/种”明显不合适。“包含(“comprise”、“comprises”、“comprising”)”、“具有”、和“包括(“include,”、“includes”、“including”)”的使用是可互换的并且不旨在限制(即，开放式的)。此外，在一个或多个实施例的描述使用术语“包含”的情况下，本领域技术人员将理解，在一些特定情况下，可替代地使用语言“基本上由......组成”和/或“由......组成”来描述该一个或多个实施例。
本文所述的化合物还可以包含一种或多种同位素取代。例如，H可以呈任何同位素形式，包括1H、2H(D或氘)、和3H(T或氚)；C可以呈任何同位素形式，包括12C、13C和14C；O可以呈任何同位素形式，包括16O和18O；等。
a.缩写：
如本文所用，除非本文另有明确说明(例如，在下文缩写表中的)，否则任何保护基团、氨基酸、试剂和其他化合物的缩写符合它们的常用用法或IUPAC-IUB Commission onBiochemical Nomenclature[IUPAC-IUB生物化学命名委员会],Biochem.[生物化学],11:942-944(1972)。出于解释本说明书的目的，在缩写表中阐述的以下缩写替代任何其他参考源：
缩写表：
Figure BDA0002230939980000101
Figure BDA0002230939980000111
Figure BDA0002230939980000121
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b.技术特定定义：
如本文所用，术语“核碱基”意指利用核酸技术或利用肽核酸技术从而产生聚合物的人员已知的那些天然存在的和那些非天然存在的杂环部分，这些聚合物通过任何手段序列特异性地与任何核酸杂交/结合，该手段包括但不限于通过沃森-克里克(Watson-Crick)和/或胡斯坦(Hoogsteen)结合基序。核碱基的一些非限制性实例可以在图2、3、6c、18a和18b中找到。
如本文所用，术语“正交保护”是指允许一次一个地脱保护多个保护基团的策略，每个保护基团采用一组专用的反应条件而不影响其他保护基团或由其保护的官能团。
如本文所用，术语“药学上可接受的盐”是指活性化合物的盐，这些活性化合物用相对无毒的酸或碱制备，取决于本文所述的化合物上发现的具体取代基。当本发明的化合物含有相对酸性的官能团时，碱加成盐可以通过使中性形式的此类化合物与足够量的所希望的碱纯净地或于适合的惰性溶剂中接触来获得。药学上可接受的碱加成盐的实例包括钠、钾、钙、铵、有机氨基或镁盐，或类似的盐。当本发明的化合物含有相对碱性的官能团时，酸加成盐可以通过使中性形式的此类化合物与足够量的所希望的酸纯净地或于适合的惰性溶剂中接触来获得。药学上可接受的酸加成盐的实例包括衍生自无机酸(如盐酸、氢溴酸、硝酸、碳酸、一氢碳酸、磷酸、一氢磷酸、二氢磷酸、硫酸、一氢硫酸、氢碘酸或亚磷酸等)的那些，以及衍生自有机酸(如乙酸、丙酸、异丁酸、马来酸、丙二酸、苯甲酸、琥珀酸、辛二酸、富马酸、乳酸、扁桃酸、邻苯二甲酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、柠檬酸、酒石酸、甲磺酸等)的盐。还包括氨基酸的盐，诸如精氨酸盐等；和有机酸，如葡糖醛酸或半乳糖醛酸等的盐(参见，例如，Berge等人,Journal of Pharmaceutical Science[药物科学杂志]66:1-19(1977))。本发明的某些具体化合物含有允许这些化合物转化为碱或酸加成盐的碱性和酸性官能团两者。可以通过本领域技术人员已知的方法制备这些盐。本领域技术人员已知的其他药学上可接受的载体适用于本发明。在一些实施例中，药学上可接受的盐不是苯磺酸盐、对甲苯磺酰基磺酸盐、或甲磺酸盐。
如本文所用，术语“保护基团”是指与分子中的官能团反应并且结合(至少在某个时间段内)以防止所述官能团参与分子的反应的化学基团，但是该化学基团可随后被除去，从而再生所述官能团。另外的参考文献是：Oxford Dictionary of Biochemistry andMolecular Biology[牛津生物化学和分子生物学词典],牛津大学出版社(OxfordUniversity Press),牛津,1997，作为保护基团是在有机化学领域中已确立好的术语的证据。
本发明的某些化合物可以非溶剂化形式以及溶剂化形式(包括水合形式)存在。一般来说，这些溶剂化形式等效于非溶剂化形式，并且涵盖在本发明的范围内。本发明的某些化合物可以多种结晶或无定形形式存在。一般来说，所有物理形式对于由本发明所设想的用途是等效的并且旨在属于本发明的范围内。
如本文所用，术语“溶剂化物”是指通常通过溶剂分解反应与溶剂缔合的化合物的形式。这种物理缔合可以包括氢键结合。常规的溶剂包括水、甲醇、乙醇、乙酸、DMSO、THF、乙醚等。
如本文所用，术语“水合物”是指与水缔合的化合物。典型地，在化合物的水合物中所含的水分子的数目与水合物中的化合物分子的数目呈一定的比率。因此，化合物的水合物可以例如由通式R·x H2O表示，其中R是化合物并且其中x是大于0的数字。
如本文所用，如本文所用的术语“互变异构体”是指这样的化合物，这些化合物是特定化合物结构的可互换形式并且在氢原子和电子移位方面变化。因此，两种结构可以通过π电子和原子(通常是H)的运动处于平衡。例如，烯醇和酮是互变异构体，因为通过用酸或碱的处理它们快速地相互转化。互变异构形式可以与获得感兴趣的化合物的最优化学反应性和生物活性相关。
c.化学定义：
下面更详细地描述了特定官能团和化学术语的定义。化学元素根据the PeriodicTable of the Elements[化学元素周期表],CAS版,Handbook of Chemistry and Physics[化学和物理手册],第75版,封二来鉴定，并且特定官能团总体上如其中所述来定义。另外，有机化学的通用原理以及特定的官能部分和反应性描述于Thomas Sorrell,OrganicChemistry[有机化学],University Science Books[大学科学书籍],索萨利托(Sausalito),1999；Smith和March，March’s Advanced Organic Chemistry,[March高级有机化学],第5版,约翰威利父子公司(John Wiley&Sons,Inc.),纽约,2001；Larock,Comprehensive Organic Transformations[综合有机转化],VCH出版社(VCH Publishers,Inc.),纽约,1989；和Carruthers,Some Modern Methods of Organic Synthesis,[一些现代有机合成方法],第3版,剑桥大学出版社(Cambridge University Press),剑桥,1987。
本文所用的缩写具有它们在化学和生物学领域中的常规含义。本文所阐述的化学结构和式是根据化学领域中已知的化学价的标准规则构建的。
当列举数值范围时，旨在涵盖在该范围内的每个值和子范围。例如，“C1-C6烷基”旨在涵盖C1、C2、C3、C4、C5、C6、C1-C6、C1-C5、C1-C4、C1-C3、C1-C2、C2-C6、C2-C5、C2-C4、C2-C3、C3-C6、C3-C5、C3-C4、C4-C6、C4-C5、以及C5-C6烷基。
以下术语旨在具有其在下文中所呈现的含义，并且可用于理解本发明的描述和预期范围。
如本文所用，“烷基”是指具有从1至8个碳原子的直链或支链饱和烃基(“C1-C8烷基”)的基团。在一些实施例中，烷基具有1至6个碳原子(“C1-C6烷基”)。在一些实施例中，烷基具有1至5个碳原子(“C1-C5烷基”)。在一些实施例中，烷基具有1至4个碳原子(“C1-C4烷基”)。在一些实施例中，烷基具有1至3个碳原子(“C1-C3烷基”)。在一些实施例中，烷基具有1至2个碳原子(“C1-C2烷基”)。在一些实施例中，烷基具有1个碳原子(“C1烷基”)。在一些实施例中，烷基具有2至6个碳原子(“C2-C6烷基”)。C1-C6烷基的实例包括甲基(C1)、乙基(C2)、正丙基(C3)、异丙基(C3)、正丁基(C4)、叔丁基(C4)、仲丁基(C4)、异丁基(C4)、正戊基(C5)、3-戊烷基(C5)、戊基(C5)、新戊基(C5)、3-甲基-2-丁烷基(C5)、叔戊基(C5)、以及正己基(C6)。烷基的另外的实例包括正庚基(C7)、正辛基(C8)等。每个烷基的每个实例可以是独立地任选经取代的，即，未经取代的(“未经取代的烷基”)或被一个或两个取代基(例如，诸如从1至5个取代基、从1至3个取代基或1个取代基)取代的(“经取代的烷基”)。在某些实施例中，烷基是经取代的C1-6烷基。
如本文所用的“烯基”是指具有从2至10个碳原子、一个或多个碳碳双键并且没有碳碳三键的直链或支链的烃基(“C2-C10烯基”)的基团。在一些实施例中，烯基具有2至8个碳原子(“C2-C8烯基”)。在一些实施例中，烯基具有2至6个碳原子(“C2-C6烯基”)。在一些实施例中，烯基具有2至5个碳原子(“C2-C5烯基”)。在一些实施例中，烯基具有2至4个碳原子(“C2-C4烯基”)。在一些实施例中，烯基具有2至3个碳原子(“C2-C3烯基”)。在一些实施例中，烯基具有2个碳原子(“C2烯基”)。该一个或多个碳碳双键可以是内部的(诸如在2-丁烯基中)或末端的(诸如在1-丁烯基中)。C2-C4烯基的实例包括乙烯基(C2)、1-丙烯基(C3)、2-丙烯基(C3)、1-丁烯基(C4)、2-丁烯基(C4)、丁二烯(C4)等。C2-C6烯基的实例包括上述C2-4烯基，以及戊烯基(C5)、戊二烯基(C5)、己烯基(C6)等。烯基的另外的实例包括庚烯基(C7)、辛烯基(C8)、辛三烯基(C8)等。烯基的每个实例可以是独立地任选经取代的，即，未经取代的(“未经取代的烯基”)或被一个或多个取代基(例如，诸如从1至5个取代基、1至3个取代基或1个取代基)取代的(“经取代的烯基”)。在某些实施例中，烯基是未经取代的C2-10烯基。在某些实施例中，烯基是经取代的C2-6烯基。
如本文所用，术语“炔基”是指具有2至10个碳原子、一个或多个碳碳三键的直链或支链的烃基(“C2-C24烯基”)的基团。在一些实施例中，炔基具有2至8个碳原子(“C2-C8炔基”)。在一些实施例中，炔基具有2至6个碳原子(“C2-C6炔基”)。在一些实施例中，炔基具有2至5个碳原子(“C2-C5炔基”)。在一些实施例中，炔基具有2至4个碳原子(“C2-C4炔基”)。在一些实施例中，炔基具有2至3个碳原子(“C2-C3炔基”)。在一些实施例中，炔基具有2个碳原子(“C2炔基”)。该一个或多个碳碳三键可以是内部的(诸如在2-丁炔基中)或末端的(诸如在1-丁炔基中)。C2-C4炔基的实例包括乙炔基(C2)、1-丙炔基(C3)、2-丙炔基(C3)、1-丁炔基(C4)、2-丁炔基(C4)等。炔基的每个实例可以是独立地任选经取代的，即，未经取代的(“未经取代的炔基”)或被一个或多个取代基(例如，诸如从1至5个取代基、1至3个取代基或1个取代基)取代的(“经取代的炔基”)。在某些实施例中，炔基是未经取代的C2-10炔基。在某些实施例中，炔基是经取代的C2-6炔基。
除非另有说明，否则术语“亚烷基”、“亚烯基”、“亚炔基”或“亚杂烷基”单独地或作为另一取代基的一部分分别意指衍生自烷基、烯基、炔基或杂烷基的二价基团。除非另有说明，否则术语“亚烯基”本身或作为另一个取代基的一部分意指衍生自烯烃的二价基团。亚烷基、亚烯基、亚炔基或亚杂烷基可描述为例如C1-C6元亚烷基、C1-C6元亚烯基、C1-C6元亚炔基、或C1-C6元亚杂烷基，其中术语“元”是指该部分内的非氢原子。在亚杂烷基的情况下，杂原子还可以占据链末端的任何一端或两端(例如，亚烷基氧基、亚烷基二氧基、亚烷基氨基、亚烷基二氨基等)。此外，对于亚烷基和亚杂烷基连接基团，所书写的连接基团的式的方向不暗示连接基团的取向。例如，式-C(O)2R’-可以表示-C(O)2R’-和-R’C(O)2-。亚烷基、亚烯基、亚炔基或亚杂烷基的每个实例可以是独立地任选经取代的，即，未经取代的(“未经取代的亚烷基”)或被一个或多个取代基取代的(“经取代的亚杂烷基”)。
如本文所用，“芳基”是指具有提供在芳香族环体系中的6-14个环碳原子和0个杂原子的单环或多环(例如，双环或三环)4n+2芳香族环体系的基团(例如，具有在环状阵列中共享的6、10或14个π电子)(“C6-C14芳基”)。在一些实施例中，芳基具有6个环碳原子(“C6芳基”；例如，苯基)。在一些实施例中，芳基具有10个环碳原子(“C10芳基”；例如，萘基，诸如1-萘基和2-萘基)。在一些实施例中，芳基具有14个环碳原子(“C14芳基”；例如，蒽基)。芳基可以描述为例如C6-C10元芳基，其中术语“元”是指该部分内的非氢环原子。芳基包括苯基、萘基、茚基和四氢萘基。每个芳基的每个实例可以是独立地任选经取代的，即，未经取代的(“未经取代的芳基”)或被一个或多个取代基取代的(“经取代的芳基”)。在某些实施例中，芳基是未经取代的C6-C14芳基。在某些实施例中，芳基是经取代的C6-C14芳基。
如本文所用，术语“亚芳基”和“亚杂芳基”(单独地或作为另一个取代基的一部分)分别意指衍生自芳基和杂芳基的二价基团。亚芳基或亚杂芳基的每个实例可以是独立地任选经取代的，即，未经取代的(“未经取代的亚芳基”)或被一个或多个取代基取代的(“经取代的亚杂芳基”)。
如本文所用，术语“芳基烷基”是指经由亚烷基接头与另一个部分附接的芳基或杂芳基。如本文所用，术语“芳基烷基”是指可以是经取代或未经取代的基团。术语“芳基烷基”还旨在是指其中芳基烷基的烷基链中的一个或多个亚甲基可被杂原子诸如-O-、-Si-或-S-替代的那些化合物。
如本文所用，“环烷基”是指在非芳香族环体系中具有从3至7个环碳原子(“C3-C7环烷基”)和零个杂原子的非芳香族环状烃基的基团。在一些实施例中，环烷基具有3至6个环碳原子(“C3-C6环烷基”)。在一些实施例中，环烷基具有3至6个环碳原子(“C3-C6环烷基”)。在一些实施例中，环烷基具有5至7个环碳原子(“C5-C7环烷基”)。环烷基可以描述为例如C4-C7元环烷基，其中术语“元”是指该部分内的非氢环原子。示例性C3-C6环烷基包括但不限于环丙基(C3)、环丙烯基(C3)、环丁基(C4)、环丁烯基(C4)、环戊基(C5)、环戊烯基(C5)、环己基(C6)、环己烯基(C6)、环己二烯基(C6)等。示例性C3-C7环烷基包括但不限于前述C3-C6环烷基，以及环庚基(C7)、环庚烯基(C7)、环庚二烯基(C7)和环庚三烯基(C7)，双环[2.1.1]己烷基(C6)、双环[3.1.1]庚烷基(C7)等。示例性C3-C10环烷基包括但不限于前述C3-C8环烷基，以及环壬基(C9)、环壬烯基(C9)、环癸基(C10)、环癸烯基(C10)、八氢-1H-茚基(C9)、十氢萘基(C10)、螺[4.5]癸烷基(C10)等。如前述实例所说明的，在某些实施例中，环烷基是单环的(“单环环烷基”)或含有稠合的、桥联的或螺的环体系(诸如双环体系(“双环环烷基”))并且可以是饱和的或可以是部分不饱和的。“环烷基”还包括其中如上所定义的环烷基环与一个或多个芳基稠合的环体系，其中附接点在环烷基环上，并且在此类情况下，碳的数目继续指示该环烷基环体系中的碳的数目。环烷基的每个实例可以是独立地任选经取代的，即，未经取代的(“未经取代的环烷基”)或被一个或多个取代基取代的(“经取代的环烷基”)。
如本文所用，术语“杂烷基”是指非环状稳定的直链或支链或其组合，包含至少一个碳原子和至少一个选自由O、N、P、Si和S组成的组的杂原子，并且其中氮和硫原子可任选地被氧化并且氮杂原子可任选地被季铵化。一个或多个杂原子O、N、P、S和Si可被置于杂烷基的任意位置处。示例性杂烷基包括但不限于：-CH2-CH2-O-CH3、-CH2-CH2-NH-CH3、-CH2-CH2-N(CH3)-CH3、-CH2-S-CH2-CH3、-CH2-CH2、-S(O)-CH3、-CH2-CH2-S(O)2-CH3、-CH＝CH-O-CH3、-Si(CH3)3、-CH2-CH＝N-OCH3、-CH＝CH-N(CH3)-CH3、-O-CH3和-O-CH2-CH3。至多两个或三个杂原子可以是连续的，例如像-CH2-NH-OCH3和-CH2-O-Si(CH3)3。
如本文所用，术语“杂芳基”是指芳香族杂环，其包含1、2、3或4个彼此独立地选自氮、硫和氧的杂原子。如本文所用，术语“杂芳基”是指可以是经取代或未经取代的基团。杂芳基可以稠合到一个或两个环(诸如环烷基、芳基或杂芳基环)上。杂芳基与分子的附接点可以在杂芳基、环烷基、杂环烷基或芳基环上，并且杂芳基可以通过碳或杂原子附接。杂芳基的实例包括咪唑基、呋喃基、吡咯基、噻吩基、噻唑基、异噁唑基、异噻唑基、噻二唑基、噁二唑基、吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、哒嗪基、喹啉基、异喹啉基、吲唑基、苯并噁唑基、苯并异噁唑基、苯并呋喃基、苯并噻唑基、吲嗪基、咪唑并吡啶基、吡唑基、三唑基、噁唑基、四唑基、苯并咪唑基、苯并异噻唑基、苯并噻二唑基、苯并噁二唑基、吲哚基、四氢吲哚基、氮杂吲哚基、咪唑并吡啶基、喹唑啉基、嘌呤基、吡咯并[2,3]嘧啶基、吡唑并[3,4]嘧啶基或苯并(b)噻吩基，其中每一个可任选地被取代。
如本文所用，术语“杂环”是指在一个或多个环中包含至少两种不同元素的原子的任何环状分子结构。杂环的环可以包括杂芳基环。另外的参考文献是：Oxford Dictionary ofBiochemistry and Molecular Biology[牛津生物化学和分子生物学词典],牛津大学出版社(Oxford University Press),牛津,1997，作为杂环的环是在有机化学领域中已确立好的术语的证据。
d.立体化学考虑因素
本文所述的化合物可以包含一个或多个不对称中心，并且因此能够以多种异构体形式存在，例如，对映异构体和/或非对映异构体。例如，本文所述的化合物可以呈单独的对映异构体、非对映异构体或几何异构体的形式，或可以呈立体异构体混合物的形式，这些立体异构体混合物包括外消旋混合物以及富含一种或多种立体异构体的混合物。可以通过本领域技术人员已知的方法从混合物中分离出异构体，这些方法包括手性高压液相色谱法(HPLC)和手性盐的形成和结晶；或者优选的异构体可以通过不对称合成来制备。参见，例如，Jacques等人,Enantiomers,Racemates and Resolutions[对映异构体、外消旋体和拆分](威利国际科学出版社(Wiley Interscience),纽约,1981)；Wilen等人,Tetrahedron[四面体]33:2725(1977)；Eliel,Stereochemistry of Carbon Compounds[碳化合物的立体化学](McGraw-Hill,纽约,1962)；和Wilen,Tables of Resolving Agents and OpticalResolutions[拆分剂表和光学拆分]第268页(E.L.Eliel编辑,巴黎圣母院大学出版社(Univ.of Notre Dame Press),巴黎圣母院(Notre Dame),1972年)。本发明另外地涵盖在本文中作为基本上不含有其他异构体的单独异构体以及可替代地作为各种异构体的混合物而描述的化合物。
如本文所用，纯对映异构体化合物基本上不含该化合物的其他对映异构体或立体异构体(即，是对映异构体过量的)。换句话说，化合物的“S”形式基本上不含该化合物的“R”形式，因此是“R”形式对映异构体过量的。在一些实施例中，‘基本上不含’是指：(i)含有小于2％的“S”形式的一等份“R”形式化合物；或(ii)含有小于2％的“R”形式的一等份“S”形式化合物。术语“对映异构体纯的”或“纯的对映异构体”表示该化合物包含按重量计大于90％、按重量计大于91％、按重量计大于92％、按重量计大于93％、按重量计大于94％、按重量计大于95％、按重量计大于96％、按重量计大于97％、按重量计大于98％、按重量计大于99％、按重量计大于99.5％、或按重量计大于99.9％的对映异构体。在某些实施例中，重量基于化合物的所有对映异构体或立体异构体的总重量。
在本文提供的组合物中，对映异构体纯的化合物可以与其他活性或非活性成分一起存在。例如，包含对映异构体纯的“R”形式化合物的药物组合物可以包含例如约90％赋形剂和约10％对映异构体纯的“R”形式化合物。在某些实施例中，此类组合物中的对映异构体纯的“R”形式化合物可以例如包含按重量计至少约95％的“R”形式的化合物和按重量计至多约5％的“S”形式的化合物，按化合物的总重量计。例如，包含对映异构体纯的“S”形式化合物的药物组合物可以包含例如约90％赋形剂和约10％对映异构体纯的“S”形式化合物。在某些实施例中，此类组合物中的对映异构体纯的“S”形式化合物可以例如包含按重量计至少约95％的“S”形式的化合物和按重量计至多约5％的“R”形式的化合物，按化合物的总重量计。在某些实施例中，活性成分可以用很少或不用赋形剂或载体配制。
4.通用
应理解，下面在本节“通用”中阐述的讨论可以涉及本文所述的一个或多个本发明的各种实施例中的一些或全部。
本文描述了可用于生产PNA单体酯的替代方法和组合物，其可以在可顺应规模化的方法中以高产率和高纯度生产PNA单体(作为游离羧酸)，而无需考虑诸如Fmoc的碱性不稳定的保护基团的存在。
I.PNA单体、PNA亚基和PNA寡聚物的命名法
参考图1，在括号内区域内展示了‘经典’PNA寡聚物的单个亚基。‘经典’，我们意指包含未经取代的氨基乙基甘氨酸主链(即，-N-C-C-N-C-C(＝O)-)的PNA，其中将氨基乙基亚基/基团和甘氨酸亚基/基团罗列出并且鉴定了此氨基乙基甘氨酸主链的α、β和γ碳原子。因为PNA是聚酰胺，所以每个亚基(并且寡聚物也)包含胺末端(即，N-末端)和羧基末端(即，C-末端)。每个PNA亚基还包含核碱基侧链，其中该核碱基(在图中称为B)通常(但不是唯一地)通过亚甲基羰基接头与主链附接(如图所绘示)。
尽管图1中展示了‘经典’PNA亚基，但是PNA亚基可以在其α、β和/或γ碳原子上包含连接的部分并且这些连接的部分也称为侧链(或取代基)或更具体地，α-侧链(或α-取代基)、β-侧链(或β-取代基)或γ-侧链(或γ-取代基)。当在其α、β或γ碳原子上取代时，PNA亚基(或寡聚物)不再被称为‘经典’。
如本文所用，PNA寡聚物是包含两个或更多个式XV的PNA亚基的物质的任何聚合物组合物：
Figure BDA0002230939980000221
其中，B、R2、R3、R4、R5、R6、R9和R10是如本文任何地方所定义的，并且亚基在聚合物内的附接点如所展示。在一些实施例中，PNA亚基直接与再一个其他PNA亚基连接。在一些实施例中，两个或更多个PNA亚基不直接与另一个PNA亚基连接。
II.主链
由于天然存在的L-氨基酸(和对应物非天然存在的D-氨基酸(即，对映异构体))以及可用于生产PNA主链的一些方法(如本文所展示并且在以下实例中证明的)的可得性，可以通过明智地选择输入的起始材料容易地实现在PNA主链的α-碳和γ-碳上用一个或多个氨基酸侧链部分进行取代。因此，‘经典’PNA亚基/主链的无数修饰是可能的。
虽然在不显著抑制杂交特性的情况下许多侧链修饰(即，在氨基乙基甘氨酸单元的α、β和/或γ碳原子上连接的部分)是可能的，但是已显示通常改变沿PNA主链上的基础的六个原子(即，构成氨基乙基甘氨酸单元的碳和氮原子(即，-N-C-C-N-C-C(＝O)-)会破坏(或显著降低)所得寡聚物的杂交潜力。因此，氨基乙基甘氨酸单元(即，-N-C-C-N-C-C(＝O)-，无论是经取代的还是未经取代的)是最常用/描述的PNA寡聚物的特征。此外，像DNA或RNA的重复的糖-磷酸二酯主链一样，PNA的重复的氨基乙基甘氨酸主链是核碱基以一种方式连接至其上的支架，该方式提供正好恰当的间距、灵活性和取向以允许这些聚合物与其他PNA寡聚物和互补DNA和RNA分子进行序列特异性沃森-克里克和胡斯坦结合/杂交。
III.核碱基
如上所注，核碱基常典型地经由亚甲基羰基键附接到每个PNA亚基的主链上(参见图1)。可与PNA附接的核碱基通常不以除了通过它们在结合基序中与其互补核碱基结合的其可用性或其固有特性之外的任何特定方式受限制。如众所周知，核碱基通常是嘌呤或嘧啶，其中(在沃森-克里克结合中)嘌呤通过氢键结合(和碱基堆积)相互作用与互补嘧啶结合。
存在许多经修饰的核碱基，这些经修饰的核碱基随着时间的推移而发展并且测试在核酸化学中的功能或独特的结合或其他特性。这些经修饰的核碱基与用于PNA寡聚物实验的候选者同样令人感兴趣。因此，图2提供了许多核碱基的图示，这些核碱基可以掺入PNA单体中从而产生包含所述核碱基的PNA亚基，其中描绘了与PNA亚基的附接点。图3中展示了一些更常见的核碱基，其中描绘了与PNA亚基的附接点。用于生产可与主链连接的核碱基乙酸的方法(例如，如本文实例10中所述)是众所周知的(参见例如：参考文献：A-1、A-2、A-3、A-4、B-1、B-2和C-27)。核碱基的所有这些实施例(以及可用于核酸化学的任何其他实施例)被认为对本发明的一些实施例(并且在所有实施例的范围内)是有用的。在一些实施例中，所使用的核碱基可以包含一个或多个保护基团。
核碱基的非限制性列表包括：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫代假异胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤(又称为2,6-二氨基嘌呤)、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、5-氯胞嘧啶、5-溴胞嘧啶、5-碘胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂腺嘌呤、3-脱氮杂鸟嘌呤、3-脱氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂腺嘌呤、5-丙炔基尿嘧啶和2-硫代-5-丙炔基尿嘧啶，包括任何前述项的互变异构形式。
IV.PNA单体和PNA寡聚物合成
PNA寡聚物常通过逐步增加PNA单体以形成生长的聚酰胺链或者通过将较小的PNA片段偶联在一起以产生所希望的PNA寡聚物来制备。PNA寡聚物的合成可以使用固相或溶液相技术。在一些实施例中，在固体支持物上制备PNA寡聚物，其中第一步需要将第一PNA单体与树脂结合的接头连接。通常使用自动化仪器在固体支持物上进行合成，该自动化仪器以逐步(和/或序列)的方式将试剂递送至该支持物，但是合成可以在溶液中进行，如果希望这样的话。简言之，PNA合成通常反映肽合成，尽管采用PNA单体作为标准氨基酸单体的替代物。在此方法中，每个PNA单体将PNA亚基增加到生长的聚酰胺上。因为PNA是聚酰胺(像肽一样)，所以已从标准肽合成方案中采用许多保护基团方案、方法、树脂、偶联剂、接头和保护基团。因此，PNA单体通常模拟适用于肽合成的受保护氨基酸。事实上，由于相似性，所以PNA单体和受保护的氨基酸常以相同的方案使用以产生包含PNA亚基和氨基酸亚基二者的杂交寡聚物。有关PNA合成方法和保护方案的更深入综述，请参见：Peptide Nucleic Acids,Protocols and Applications[肽核酸、方案和应用],第二版,Peter E.Nielsen编辑,Horizon Bioscience[地平线生物科学],2004(ISBN 0-9545232-5)，通过引用并入本文。
V.N-末端保护基团
PNA单体的N-末端通常包含适当的胺保护基团。在标准PNA合成中(如在肽合成中)，这种基团在将PNA单体偶联到生长的聚酰胺(或到支持物上，视情况而定)的过程中保护末端胺(即，在PNA合成中-氨基乙基甘氨酸单元的粗体下划线的氮(-N-C-C-N-C-C(＝O)-))免遭反应；其中所述偶联是通过使树脂结合的胺基团与PNA单体的羧酸官能团反应进行酰胺键形成来进行的。
通过明智地选择用于氨基酸单体的保护基团，已显示肽合成通过使用酸不稳定和碱不稳定的N-末端胺保护基团二者来进行(参见：参考文献：C-11标题：氨基酸保护基团，以及其中引用的参考文献；该参考文献提供了用于氨基酸合成的保护基团的全面综述)。通过类推，PNA单体的N-末端胺的酸不稳定保护(参见：参考文献A-4、A-4、B-1、B-2、B-4)和N-末端胺的碱不稳定保护(参见：参考文献A-2、A-5、B-3和B-5)二者的使用已成功用于PNA寡聚物合成。
因此，如本文所用，缩写Pg1或PgX用来表示N-末端胺保护基团，其可以是酸不稳定的或可以是碱不稳定的。当旨在表示N-末端胺保护基团是酸不稳定的时，使用缩写PgA。当旨在表示N-末端胺保护基团是碱不稳定的时，使用缩写PgB。
可用于根据本发明实施例的PNA单体的合适的碱不稳定的N-末端胺保护基团(即，PgB)的非限制性实例包括：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。这些碱不稳定的保护基团如图4所展示并且可以在参考文献A-4和参考文献C-11及其中引用的参考文献中描述的条件下除去。
可用于根据本发明实施例的PNA单体的合适的酸不稳定的N-末端胺保护基团(即，PgA)的非限制性实例包括：Boc(或boc)、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。这些基团如图5所展示并且可以在参考文献A-4和参考文献C-11及其中引用的参考文献中描述的条件下除去。
VI.核碱基和核碱基保护基团
如在化学DNA合成中，在PNA合成期间，(PNA单体和生长的PNA寡聚物的)某些核碱基的官能团受到最好的保护。然而，存在在没有核碱基保护的情况下进行PNA合成的报道(参见例如：参考文献B-5)，并且此类实施例也在本发明的范围内。出于这个原因，据说核碱基“任选地包含一个或多个保护基团”。由于核酸合成化学的长且发展良好的历史，因此化学文献中存在众多现有的核碱基保护基团。通常，这些与PNA合成相容。关于核酸领域中已知的各种已知核碱基保护基团的列表，请参见参考文献C-13以及其中引用的参考文献。可以在参考文献A-1至A-5和B-1至B-5中找到已用于PNA合成的各种其他核碱基保护基团。
例如，如果N-末端胺保护基团(其典型地在每个合成循环时被除去)是酸不稳定的(即，表示为PgA)，则通常选择碱不稳定的或在中性pH条件下被除去的任何核碱基保护基团。简言之，用于N-末端胺的保护基团和用于核碱基的保护基团应该很可能是正交的。例如，典型地在PNA合成期间将核碱基的环外胺基团保护，使得通过与这些胺基团反应不发生不希望的PNA单体偶联。参考图6a，展示了许多碱不稳定的保护基团，并且可用于保护可用于本发明的实施例的PNA单体及其合成中间体的环外胺基团。这些包括(但不限于)甲酰基、乙酰基、异丁酰基、甲氧基乙酰基、异丙氧基乙酰基、Fmoc、Esc、Cyoc、Nsc、Clsc、Sps、Bsc、Bsmoc、乙酰丙酰基、3-甲氧基-4-苯氧基苯甲酰基、苯甲酰基(和各种其他苯甲酰基衍生物)和苯氧基乙酰基(和各种其他苯氧基乙酰基衍生物)。核碱基保护基团的其他实例可在参考文献C-13中找到。
类似地，如果N-末端胺保护基团是碱不稳定的(即，表示为PgB)，则通常选择酸不稳定的或在中性pH条件下被除去的任何核碱基保护基团。参考图6b，展示了许多酸不稳定的保护基，并且可用于保护可用于本发明的实施例的PNA单体及其合成中间体的环外胺基团。这些包括(但不限于)Boc(有时缩写为boc或t-boc)、Bis-Boc(这意指与同一胺基团连接的两个boc基团-如图6b所展示)、Bhoc、Dmbhoc、Floc、Bpoc、Ddz、Trt、Mtt、Mmt和2-Cl-Trt。
某些核碱基，诸如胸腺嘧啶和尿嘧啶，通常不包含用于PNA合成的保护基团。然而，在一些实施例中，可以保护嘧啶核碱基的酰亚胺/内酰胺官能团。类似地，尽管典型地不保护鸟嘌呤的O-6，但是在一些实施例中可以保护它。可以在本发明的实施例中使用以保护嘧啶核碱基的N3/O4(展示示例性化合物1001或1002)或嘌呤核碱基的O6(展示示例性化合物1000)的保护基团的一些非限制性实例可以在图6c中找到。
除了图2、3和6c中所展示的那些核碱基之外，图18a展示了若干种常见核碱基，本文标识为：呈未受保护形式的A、DAP、G、G*、C、5MC、T、T2T、U、U2T、Y、J和J2T。图18b展示了这些核碱基A、DAP、G、G*、C、5MC、T、T2T、U、U2T、Y、J和J2T，它们可以用酸不稳定的保护基团保护以进行PNA合成(例如在选择Pg1是碱不稳定的情况下使用)。
核碱基的非限制性列表包括：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫代假异胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤(又称为2,6-二氨基嘌呤)、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、5-氯胞嘧啶、5-溴胞嘧啶、5-碘胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂腺嘌呤、3-脱氮杂鸟嘌呤、3-脱氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂腺嘌呤、5-丙炔基尿嘧啶和2-硫代-5-丙炔基尿嘧啶，包括任何前述项的互变异构形式。
VII.氨基酸侧链及其保护基团
如本文更详细描述的，在本发明的一些实施例中，主链酯组合物、主链酯酸盐组合物和PNA单体酯组合物可以包含一个或多个α-或γ-取代基(即，侧链)。在一些实施例中，这些α-或γ-取代基衍生自天然或非天然存在的氨基酸侧链(或具有其化学组成)。
例如并且参考图7，在一些实施例中，α-或γ-取代基可以是下式的组合物：IIIa(例如，衍生自丙氨酸)、IIIb(例如，衍生自氨基丁酸)、IIIc(例如，衍生自缬氨酸)、IIId(例如，衍生自亮氨酸)、IIIe(例如，衍生自异亮氨酸)、IIIf(例如，衍生自正缬氨酸)、IIIg(例如，衍生自苯丙氨酸)和/或IIIh(例如，衍生自正亮氨酸)。这些α-或γ-取代基都是烷烃，并且因此通常被认为在用于PNA合成的条件下不反应。因此，它们典型地不包含任何保护基团。
再次参考图7，在一些实施例中，α-或γ-取代基可以是下式的组合物：IIIi(例如，衍生自3-氨基丙氨酸)、IIIk(例如，衍生自2,4-二氨基丁酸)、IIIj(例如，衍生自鸟氨酸)和/或IIIm(例如，衍生自赖氨酸)。这些α-或γ-取代基均包含胺基团。因此，这些取代基的胺基团将典型地包含保护基团。然而，因为这是在PNA寡聚物的整个合成过程中通常保持完整的侧链保护基团，所以此侧链保护基团可以与针对N-末端胺而选择的保护基团(即，表示为Pg1)正交。因此，如果Pg1是碱不稳定的，则可以将此侧链保护基团选择为是酸不稳定的或在中性pH条件下除去的。此类酸不稳定的胺侧链保护基团的非限制性列表展示于图9a中。这些包括但不限于Cl-Z、boc、Bpoc、Bhoc、Dmbhoc、Nps、Floc、Ddz和Mmt。
类似地，如果Pg1是酸不稳定的，则可以将此侧链保护基团选择为是碱不稳定的或在中性pH条件下除去的。此类碱不稳定的胺侧链保护基团的非限制性列表展示于图9b中。这些包括但不限于Fmoc、ivDde、Msc、tfa、Nsc、TCP、Bsmoc、Sps、Esc和Cyoc。
再次参考图7，在一些实施例中，α-或γ-取代基可以是下式的组合物：IIIn(例如，衍生自半胱氨酸)、IIIo(例如，衍生自S-甲基-半胱氨酸)和/或IIIp(例如，衍生自甲硫氨酸)。这些α-或γ-取代基均包含硫原子。虽然式IIIo或IIIp的化合物包含保护基团不是必须的(但是它们可任选地被保护)，但是式IIIn的含硫醇的化合物典型地包含保护基团。然而，因为此侧链保护基团在PNA寡聚物的整个合成过程中通常保持完整，所以此侧链保护基团可以与针对N-末端胺而选择的保护基团(即，Pg1)正交。因此，如果Pg1是碱不稳定的，则可以将此侧链保护基团选择为是酸不稳定的或在中性pH条件下除去的。适用于含硫醇的侧链部分的此类酸不稳定的保护基团的非限制性列表展示于图13a中。这些包括但不限于Meb、Mob、Trt、Mmt、Tmob、Xan、Bn、mBn、1-Ada、Pmbr和tBu。
类似地，如果Pg1是酸不稳定的，则可以将此侧链保护基团选择为是碱不稳定的或在中性pH条件下除去的。适用于含有硫醇的侧链部分的此类碱不稳定的保护基团的非限制性列表展示于图13b中。这些包括但不限于Fm、Dnpe和Fmoc。
再次参考图7，在一些实施例中，α-或γ-取代基可以是下式的组合物：IIIq(例如，衍生自丝氨酸)、IIIr(例如，衍生自苏氨酸)和/或IIIs(例如，衍生自酪氨酸)。这些α-或γ-取代基均包含-OH(羟基或苯酚)基团。式IIIq、IIIr和IIIs的化合物将在PNA合成期间典型地包含保护基团。然而，因为这是在PNA寡聚物的整个合成过程中通常保持完整的侧链保护基团，所以此羟基侧链保护基团可以与针对N-末端胺而选择的保护基团(即，Pg1)正交。
因此，如果Pg1是碱不稳定的，则可以将该侧链保护基团选择为是酸不稳定的或在中性pH条件下除去的。适用于含羟基的部分的此类酸不稳定的保护基团的非限制性列表展示于图16a中。这些包括但不限于Bn、Trt、cHx、TBDMS和tBu。因为酪氨酸(Tyr)的-OH是酚类，所以存在潜在更广泛的可用保护基团的组。用于包含苯酚的侧链部分的此类酸不稳定的保护基团的非限制性列表展示于图17a中。这些包括但不限于Bn、tBu、BrBn、Dcb、Z、BrZ、Pen、Boc、Trt、2-Cl-Trt和TEGBn。
类似地，如果Pg1是酸不稳定的，则可以将该侧链保护基团选择为是碱不稳定的或在中性pH条件下除去的。可在中性pH条件下除去的用于含有羟基的部分的保护基团的非限制性列表展示于图16b中。这些包括但不限于TBDPS、Dmnb和Poc。因为酪氨酸(Tyr)的-OH是酚类，所以存在潜在更广泛的可用保护基团的组。可在中性pH条件下除去的用于包含苯酚的侧链部分的保护基团的非限制性列表展示于图17b中。这些包括但不限于Al、oBN、Poc和Boc-Nmec。
参考图8，在一些实施例中，α-或γ-取代基可以是下式的组合物：IIIt(例如，衍生自谷氨酸)和/或IIIu(例如，衍生自天冬氨酸)。这些α-或γ-取代基均包含-COOH(羧酸)基团。式IIIt和IIIu的化合物将在PNA合成期间典型地包含保护基团，从而在偶联反应过程中抑制羧酸基团的活化。然而，因为这是在PNA寡聚物的整个合成过程中通常保持完整的侧链保护基团，所以此侧链保护基团可以与针对N-末端胺而选择的保护基团(即，Pg1)正交。
因此，如果Pg1是碱不稳定的，则可以将该侧链保护基团选择为是酸不稳定的或在中性pH条件下除去的。适用于含有羧酸的侧链部分的此类酸不稳定的保护基团的非限制性列表展示于图10a中。这些包括但不限于Bn、cHx、tBu、Mpe、Men、2-PhiPr和TEGBz。
类似地，如果Pg1是酸不稳定的，则可以将该侧链保护基团选择为是碱不稳定的或在中性pH条件下除去的。适用于含有羧酸的侧链部分的此类碱不稳定保护基团的非限制性列表展示于图10b中。这些包括但不限于Fm和Dmab。
参考图8，在一些实施例中，α-或γ-取代基可以是下式的组合物：IIIv(例如，衍生自谷氨酰胺)和/或IIIw(例如，衍生自天冬酰胺)。这些α-或γ-取代基均包含-C(＝O)NH2(酰胺)基团。式IIIv和IIIw的化合物在PNA合成过程中不一定需要保护基团，但是然而，可以使用用于肽合成的标准保护基团。当使用时，此侧链保护基团可以与针对N-末端胺而选择的保护基团(即，Pg1)正交。
因此，如果Pg1是碱不稳定的，则可以将该侧链保护基团选择为是酸不稳定的或在中性pH条件下除去的。用于含有酰胺的侧链部分的此类酸不稳定的保护基团的非限制性列表展示于图11中。这些包括但不限于Xan、Trt、Mtt、Cpd.、Mbh和Tmob。类似地，如果Pg1是酸不稳定的，则可以将该侧链保护基团选择为是碱不稳定的或在中性pH条件下除去的。
参考图8，在一些实施例中，α-或γ-取代基可以是下式的组合物：IIIx(例如，衍生自精氨酸(Arg)-并且含有胍基部分)、IIIy(衍生自色氨酸(Trp)-并且含有吲哚部分)和/或IIIz(例如，衍生自组氨酸(His)-并且含有咪唑部分)。式IIIx、IIIy和IIIz的化合物将在PNA合成期间典型地包含保护基团。然而，因为此侧链保护基团在PNA寡聚物的整个合成过程中通常保持完整，所以此侧链保护基团可以与针对N-末端胺而选择的保护基团(即，Pg1)正交。
因此，如果Pg1是碱不稳定的，则可以将该侧链保护基团选择为是酸不稳定的或在中性pH条件下除去的。适用于含有胍基的侧链部分的此类酸不稳定的侧链保护基团的非限制性列表展示于图12a中。这些包括但不限于Tos、Pmc、Pbf、Mts、Mtr、MIS、Sub、Suben、MeSub、boc和NO2。适用于含有吲哚的侧链部分的此类酸不稳定的侧链保护基团的非限制性列表展示于图14a中。这些包括但不限于For、Boc、Hoc和Mts。适用于含有咪唑的侧链部分的此类酸不稳定的侧链保护基团的非限制性列表展示于图15a中。这些包括但不限于Tos、Boc、Doc、Trt、Mmt、Mtt、Bom和Bum。
类似地，如果Pg1是酸不稳定的，则可以将该侧链保护基团选择为是碱不稳定的或在中性pH条件下除去的。适用于含有胍基的侧链部分的此类碱不稳定的侧链保护基团的非限制性列表展示于图12b中。这些包括但不限于tfa。适用于含有吲哚的侧链部分的此类碱不稳定的侧链保护基团的非限制性列表展示于图14b中。这些包括但不限于Alloc。适用于含有咪唑的侧链部分的此类碱不稳定的侧链保护基团的非限制性列表展示于图15b中。这些包括但不限于Fmoc和Dmbz。
如Ly等人所示出的(参见：参考文献A-5和B-5)，在一些实施例中，α-或γ-取代基(即，侧链)可以是式IIIaa的部分(又称为，微PEG侧链)；
其中，R16选自H、D和C1-C4烷基；并且n可以是从0至10的整数，包括0和10。在一些实施例中，α-或γ-取代基(即，侧链)可以是式IIIab的部分：
Figure BDA0002230939980000311
其中，R16选自H、D和C1-C4烷基；并且n可以是从0至10的整数，包括0和10。此式的侧链可以与Ly等人使用的相同方式生产，不同之处在于取代高丝氨酸而不是丝氨酸起始材料将产生包含式IIIab而不是式IIIaa的主链部分。
VIII.能够特异性除去的乙基酯
如在简介中所讨论的，PNA单体通常通过将完全受保护的PNA单体酯的酯基皂化(使用强碱)来制备。然而，当PNA单体酯包含在N-末端胺基团上的碱不稳定的保护基团或核碱基保护基团时，所述碱不稳定的保护基团总是在这些条件下至少部分脱保护；(在申请人的经验中)导致产率差和品质差(即，不纯)的产品，这些产品需要柱色谱法以达到用于PNA寡聚物合成的足够纯度水平。
为了避免在每个合成循环期间使用TFA并且由于其与氨基酸合成的相容性，Fmoc是在PNA单体制备中用作Pg1的最常见基团。因此，包含Fmoc作为Pg1的PNA单体酯的酯基的皂化导致显著产生二苯并富烯(碱诱导的Fmoc除去的产物)和至少一些不包含N-末端胺保护基团的PNA单体。在PNA单体用于PNA合成之前，应除去这些杂质(尤其是该PNA单体不包含N-末端胺保护基团)。在申请人的经验中，随着PNA单体变得更易溶于水，单体纯度并且特别是产率受到负面影响。简单地说，如果在除去酯以产生PNA单体时其他保护基团被除去，则PNA单体酯的酯基不是受正交保护的。不希望的杂质的产生单纯地降低了产率并且使产物的纯化复杂化。
为了避免与此方法相关的复杂化，申请人试图寻找真正正交的保护方案，借此可以除去PNA单体的酯基而不显著除去在PNA单体中使用的任何其他保护基团(即，用作Pg1的保护基团或任何核碱基保护基团)。因此，此酯应该对可用于除去与肽和PNA合成相关的酸不稳定和碱不稳定的保护基团的条件是稳定的。为此，通式II的PNA单体酯(本文称为PNA单体酯)满足这些标准。因此，在一些实施例中，本发明涉及PNA单体酯，是通式II的化合物：
Figure BDA0002230939980000321
或其药学上可接受的盐，其中，B是核碱基，任选地包含一个或多个保护基团(参见例如，上面第4(VI)节，关于核碱基保护基团的讨论)；Pg1是胺保护基团并且R1是式I的基团；
Figure BDA0002230939980000322
其中，每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；R12、R13和R14各自独立地选自H、D、F、Cl、Br和I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个独立地选自Cl、Br和I。关于式II，R2可以是H、D或C1-C4烷基；R3、R4、R5和R6各自可以独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自独立地并且任选地包含保护基团(参见例如，上面第4(VII)节，关于各种氨基酸侧链保护基团的讨论)；
Figure BDA0002230939980000323
Figure BDA0002230939980000331
R9和R10各自可以独立地选自由以下组成的组：H(氢)、D(氘)和F(氟)；R16可以选自H、D和C1-C4烷基；并且n可以是从0至10的整数，包括0和10。
在一些实施例中，B是天然存在的核碱基或非天然存在的核碱基。在一些实施例中，B是经修饰的核碱基。在一些实施例中，B是未经修饰的核碱基。在一些实施例中，B选自由以下组成的组：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫代假异胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤(又称为2,6-二氨基嘌呤)、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、5-氯胞嘧啶、5-溴胞嘧啶、5-碘胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂腺嘌呤、3-脱氮杂鸟嘌呤、3-脱氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂腺嘌呤、5-丙炔基尿嘧啶和2-硫代-5-丙炔基尿嘧啶，包括任何前述项的互变异构形式。
在式I的基团的一些实施例中，每个R11是相同的。在式I的基团的一些实施例中，每个R11是不同的。关于式I，R12、R13和R14之一选自氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)。不受理论束缚，Hans等人针对式I的基团的除去描述的机制(参见：参考文献C-7)涉及‘氧化还原缩合’，借此所述氯(Cl)、溴(Br)或碘(I)原子作为R12、R13或R14与金属(诸如锌)或有机膦(例如：直链、支链和环状三烷基膦，诸如三甲基膦、三乙基膦、三正丙基膦、三正丁基膦、三异丙基膦、三异丁基膦、和三环己基膦；芳基和芳基烷基取代的膦，诸如三苄基膦、二乙基苯基膦、二甲基苯基膦；以及磷三酰胺，诸如六甲基磷三酰胺和六乙基膦三酰胺)的反应导致所述氯(Cl)、溴(Br)或碘(I)被抽出以形成盐。此反应导致从PNA单体酯中除去式I的酯保护基团并且导致羧酸的产生(为了我们将PNA单体酯转化为PNA单体的目的)。可以在不需要达到可能导致除去Pg1或环外核碱基保护基团的极端pH值的情况下进行反应。当然，因为此反应涉及氧化还原反应，所以经受氧化或还原条件的保护基团通常应被避免。然而，不得不说的是，当确定存在通过使PNA单体酯经受氧化或还原条件而发生的不希望的副反应时，式II的化合物仍然可以经受更常见的酯皂化程序(即，用氢氧化锂或氢氧化钠的处理)。申请人还出人意料地观察到，式I的保护基团对至少温和还原的条件(诸如用氰基硼氢化钠的处理)是基本稳定的。
在一些实施例中，R12、R13和R14中的两个独立地选自氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)。在一些实施例中，R12、R13和R14中的全部三个独立地选自氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)。在一些实施例中，R12、R13和R14中的每一个是氯(Cl)。在一些实施例中，R12、R13和R14中的每一个是溴(Br)。在一些实施例中，R12、R13和R14之一是碘(I)，并且R12、R13和R14中的另一些是H。在一些实施例中，R12、R13和R14之一是溴(Br)，并且R12、R13和R14中的另一些是H。
所有2,2,2-三氯乙醇、2,2,2-三溴乙醇、2-溴乙醇和2-碘乙醇都可作为起始材料商购。本披露内容证明，可以有效地除去2,2,2-三氯乙基酯(TCE)、2,2,2-三溴乙基酯(TBE)和2-碘乙基酯(2-IE)以高产率且高纯度地产生所希望的PNA单体。在至少一种情况下，通过在260nm处HPLC分析发现PNA单体纯度大于99.5％纯。然而，这不旨在是限制性的，因为式I的所有部分应该是反应性的。使用2,2,2-三氯乙基-和/或2,2,2-三溴乙基-的基团作为保护基团已报道在至少以下出版物中(参见：A-2、A-3、C-2、C-4、C-6、C-7、C-14、C-16、C-23、C-25、C-28和C-29)；但这些出版物都不涉及它们作为用于PNA单体的C-末端酯的正交保护基团的用途。
IX.含有特定酯的主链和其他组合物的合成
尽管不旨在限制，但是已经确定(参考图21)，可用于合成PNA单体酯的合适的主链酯和主链酯酸盐(参见：图22)可以通过以下方式制备：由适当选择的醛(式3)和适当选择的氨基酸酯盐(式15)进行还原胺化。最有利的是，每种醛(式3)和每种氨基酸酯盐(式15)本身可以衍生自天然和非天然存在的氨基酸。甚至式IIIaa的微PEG侧链也可以衍生自丝氨酸氨基酸(参见：参考文献A-5和B-5)，并且式IIIab的侧链部分可以衍生自高丝氨酸氨基酸。因此，通过明智地选择正确的起始材料，R3、R4、R5和R6基团中的一个或多个可以是下式的基团：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab。氘代氨基酸起始材料也是可商购的。还可以制备氟化氨基酸(参见：参考文献C-10)。这些都被认为是用于下述方法的合适起始材料。
a)氨基酸酯和氨基酸酯盐的制备
参考图19，展示了用于将氨基酸转化为受保护的氨基酸酯并且然后最终转化为氨基酸酯盐的合适方法。在一些实施例中，式10的化合物是用酸不稳定或碱不稳定的保护基团PgXN-保护的甘氨酸氨基酸。因为甘氨酸是非手性的，所以没有关于差向异构化的顾虑。因此，通过使10与式Ia的醇(乙醇衍生物)反应，可以有效地制备受保护的甘氨酸的酯：
Figure BDA0002230939980000361
(其中，R11、R12、R13和R14是先前如针对式II所定义的)。在一些实施例中，反应在诸如DCM的非质子有机溶剂中在至少一当量DCC(或EDC)和催化量的DMAP的存在下进行(参见：实例1)。参考图19，产生式12的N-保护的甘氨酸酯化合物。
此方法也将对手性氨基酸奏效，但众所周知会引起手性中心的差向异构化，导致氨基酸产物的手性纯度降级。出于这个原因，当需要手性氨基酸的酯时，已知用于避免手性中心的差向异构化(或至少使其最小化)的羧酸活化剂是优选的。羧酸活化试剂(偶联剂)HATU和HBTU在肽化学中众所周知用于使羧酸活化成亲核攻击而同时保持氨基酸的手性纯度。因此，参考图19，当希望N-保护的手性氨基酸的酯(即，式13的化合物)作为产物时，可以使式11的N-保护的手性氨基酸化合物与式Ia的醇在至少一当量有机碱(诸如TEA、NMM或DIPEA)和至少一当量HATU或HBTU的存在下反应。参考图19，产生所希望的手性氨基酸的N-保护的酯(即，式13的化合物)(参见：实例2)。为避免疑义，R5和R6基团可以包含如本文所述的适当的侧链保护基团(包括天然氨基酸侧链)。
如图21所展示，主链酯和主链酯酸盐化合物的生产可以使用其中游离N-末端胺被质子化的化合物(即，式15化合物)。还值得注意的是，游离胺(即，质子化胺基团)的酸盐如与游离氨基酸酯(即，式14的化合物-其例如可以与自身通过将胺附接在酯上反应以形成二聚体、三聚体等)相比更稳定。参考图19，PgX可以是酸不稳定的保护基团(PgA-式13-1的化合物)或碱不稳定的保护基团(PgB-式13-2的化合物)。因此，参考图19，如果N-胺保护基是酸不稳定的(PgA-式13-1的化合物)，则脱保护通常将提供作为其酸盐的N-末端胺(即，式15的化合物-参见：实例3)。可替代地，如果N-胺保护基团是碱不稳定的(PgB-式13-2的化合物)，则脱保护通常将提供可通过用酸处理而转化为酸盐(即，式15的化合物)的游离胺(即，式14的化合物)(参见：实例4)。合适的酸包括但不限于盐酸(HCl)、氢溴酸(HBr)、氢碘酸(HI)、乙酸、三氟乙酸和柠檬酸，其中Y-是抗衡离子Cl-、Br-、I-、AcO-、CF3CO2 -和柠檬酸的阴离子。
因此，从前述内容中应显而易见的是，通过遵循本文提供的披露内容，根据式15的任何氨基酸酯盐：
Figure BDA0002230939980000371
可以使用本文披露的程序来制备，其中Y-、R5、R6、R11、R12、R13和R14是如本文所定义的。
b)醛的制备
参考图20，展示了用于制备适用于生产主链酯和主链酯酸盐的醛的方法。在申请人观点中，得到醛的甘氨酸等当体(非手性形式-式3-1)的最有效当前途径是通过以下方式：用适当的保护基团Pg1(如上所定义，可以是酸不稳定的保护基团(例如，boc)或碱不稳定的保护基团(例如，Fmoc))保护3-氨基-1,2-丙二醇(式1)的氨基，从而产生N-保护的3-氨基-1,2-丙二醇(式2的化合物-参见：实例5)。然后可以通过用过量偏高碘酸钠(NaIO4)处理通过在等于或低于室温下在双相(水和有机溶剂混合物)中处理将N-保护的3-氨基-1,2-丙二醇(式2)氧化成醛(式3-1的化合物)(参见：实例5)。以我们的掌握，这种方法以高产率生产非常干净的醛产物(化合物3-1)。
参考图20，存在通过使用氨基酸及其相关的氨基醇得到根据式3的醛(手性和非手性)的若干种途径。由式4展示的N-保护的氨基酸可从肽合成试剂的众多商业来源商购。从这些相同的商业来源，可购买根据式5的结构的氨基醇和根据式6的结构的N-保护的氨基醇(参见：化学进出口公司(Chem Impex)在线目录和巴亨公司(Bachem)在线目录)。
当不可商购时，根据式5的结构的氨基醇可以如例如由Ramesh等人(参考文献C-20)和Abiko等人(参考文献C-1)所描述的直接由氨基酸制备。然后可以通过与所希望的胺保护基团(Pg1-参见：实例6)反应，将根据式5的结构的氨基醇转化为根据式6的N-保护的氨基醇。
可替代地，存在许多关于以高光学纯度将N-保护的氨基酸(相应于式4)转化为其对应物N-保护的氨基醇(根据式6)的报道。例如，所述转化可以根据Rodriguez等人报道的程序对首先形成的混合酸酐使用硼氢化钠还原来完成(参考文献C-21并且参见：实例7)。尽管采用不同的试剂和保护基团策略，但是科学文献中已经常描述将式4的N-保护的氨基酸转化为根据式6的其相应的N-保护的氨基醇(参见：参考文献C-1、C-3、C-5、C-15和C-24)。总之，这些报道和本文提供的信息提供了获得几乎任何希望的根据式6的N-保护的氨基醇的途径，其中R3和R4是本文中定义的(呈侧链保护或侧链脱保护的形式)。
参考图20，然后可以将任何根据式6的N-保护的氨基醇转化为根据式3的N-保护的氨基醛。存在若干文献制备，其可用于将根据式6的N-保护的氨基醇转化为根据式3的相应的N-保护的氨基醛(参见例如：参考文献C-12和C-26、C-30、C-32-C-33和C-35)。存在这样的顾虑：在醇转化为醛的过程中可能发生差向异构化。出于这个原因，申请人已选择遵循Myers等人的程序(参考文献C-18)，其中使用作为氧化剂的戴斯-马丁氧化剂(Dess-MartinPeriodinane)和湿DCM(参考文献C-17)，因为据报道此程序对于保留手性纯度是优异的(参见：实例8)。确实，下面实例中提供的数据证明，当以高光学纯度的起始材料开始时，可以获得具有高光学纯度的主链酯和主链酯酸盐。还有最近的报道，其中式4的N-保护的氨基酸直接转化为其相应的式3的N-保护的氨基醛化合物(参见：参考文献C-12)。
因此，从前述内容中应显而易见的是，通过遵循本文提供的披露内容，可以制备根据式3的任何N-保护的醛：
Figure BDA0002230939980000381
其中Pg1、R2、R3和R4如本文所定义。
c)将氨基酸酯与醛组合以形成主链酯或主链酯酸盐
参考图21，在适于进行还原胺化的条件下，使根据式3的N-保护的醛与根据式15的氨基酸酯盐反应，从而产生根据式Vb的主链酯：
Figure BDA0002230939980000391
其中Pg1、R2、R3、R4、R5、R6、R11、R12、R13和R14是先前定义的。
与Salvi等人的报道(参考文献C-22)相反，当使N-Fmoc-氨基乙醛与作为其TFA盐的甘氨酸的TBE或TCE酯反应时，申请人能够生产所希望的产物(参见：实例9)(表9B)；尽管低于显著的产率(所述产率已通过随后的检查改进-参见实例9B和9C)。为了降低双醛加合物的发生率，将反应冷却至0℃或更低(例如，至-15℃至-10℃)并且可以使用乙醇作为溶剂。可以监测反应的pH(例如，通过pH试纸)并且通过添加过量的羧酸(例如，乙酸)总体上保持在3-5的范围内(对氰基硼氢化钠最佳)。对于在实例9中进行的那些反应，使用氰基硼氢化钠作为还原剂。尽管反应在还原条件下进行，但是似乎没有任何氰基硼氢化物还原剂与TCE、TBE或2-IE酯之间直接反应的迹象。因此，有些出人意料地似乎是，根据式15的氨基酸酯盐在某些类型的还原条件下是稳定的，使得这些酯可用于生产式Vb的主链酯。
据至少两次报道，还原胺化反应成功地产生PNA单体(参见：参考文献C-8和C-9)。然而，这些报道与Salvi等人的不一致，Salvi等人报道了如果醛被取代，则成功有限(参考文献C-8在醛中使用受保护的谷氨酸侧链，并且参考文献C-9在醛中使用受保护的赖氨酸侧链)。
在申请人的经验中，根据式Vb的主链酯相当不稳定并且甚至当在冰箱或冷冻箱中储存过夜时也开始分解。不旨在受任何理论束缚，据信在式Vb的化合物中仲胺的存在可能导致Fmoc迁移(从伯胺到仲胺)并且还由于仲胺的碱性而失去碱不稳定的Fmoc保护基团。同样，不旨在受任何理论束缚，也可能的是通过攻击酯基上受保护的胺而使主链酯环化以形成酮哌嗪。
无论如何，可以立即使用根据式Vb的主链酯(其典型地是油)，或者在一些实施例中，它们可以与合适的酸反应以形成其相应的酸盐(即，式VIb的主链酯酸盐)，如图21所展示(也参见实例9)。
Figure BDA0002230939980000401
申请人已发现此类主链酯酸盐是固体，这些固体易于称重和处理并且它们似乎长期稳定。可以制备的胺的合适的盐包括：盐酸盐、氢溴酸盐、氢碘盐(hydroiodo salts)、乙酸盐、三氟乙酸盐、柠檬酸盐、甲苯磺酰基盐等。在一些实施例中，盐是通过添加对甲苯磺酸形成的甲苯磺酸盐(通常作为其一水合物-参见：实例9C)。
d)PNA单体酯的制备
在主链酯和/或主链酯酸盐可用的情况下，可以使用开发好的程序进行PNA单体酯的生产(参见参考文献A-1至A-5和B-1至B-5)。参考图22，核碱基乙酸的羧酸基团被活化为亲核置换。许多方法是可用的并且是本领域中已知的。然而，图22展示了两个(非限制性)选项。
在一些实施例中，核碱基乙酸的羧酸基团可通过形成混合酸酐来活化。例如，可以用有机碱(诸如NMM、TEA或DIPEA-通常过量)和至少一当量三甲基乙酰氯(TMAC)处理核碱基乙酸，从而形成混合酸酐作为中间体。一旦形成，就可以使该混合酸酐中间体与主链酯(式Vb)反应，或者与主链酯酸盐(式VIb)(只要存在足够的有机碱使其去质子化)反应。然后，可以使主链酯(包括通过主链酯酸盐的原位去质子化产生的主链酯)的仲胺与混合酸酐反应以形成PNA单体酯(式IIb-参见：实例10)。
可替代地，在一些实施例中，将核碱基乙酸用有机碱(通常过量)和至少一当量活化剂诸如HATU或HBTU处理以形成活化的中间体。一旦形成，就可以使该活化的中间体与主链酯(式Vb)反应，或者在只要存在足够的有机碱使其去质子化的情况下与主链酯酸盐(式VIb)反应。然后，可以使主链酯(包括通过主链酯酸盐的原位去质子化产生的主链酯)的仲胺与活化的中间体反应以形成PNA单体酯(式IIb)。
可以保护或不保护核碱基乙酸，但是如果它们具有可能干扰以下的官能团，则它们通常会被保护：(i)用于生产PNA单体酯的化学；(ii)用于制造PNA寡聚物的化学；或(iii)用于脱保护和后处理PNA寡聚物的条件(合成后)。
这些PNA单体制备反应通常在非质子有机溶剂中进行。合适的溶剂的一些非限制性实例包括：ACN、THF、1,4-二噁烷、DMF和NMP。
e)由PNA单体酯合成PNA单体
存在许多关于使用TCE和TBE基团作为保护基团的报道(参见例如：参考文献C-2、C-4、C-6、C-7、C-11、C-14、C-16、C-23、C-25、C-28和C-29)。然而，鉴于PNA单体合成中涉及的独特特性、保护基团策略和复杂合成方案，从这些参考文献中不显而易见的是，TCE、TBE和/或2-IE酯可成功用于生产PNA单体酯(式II或IIb的)或所述PNA单体酯可用于如此干净地生产适用于PNA寡聚物合成的PNA单体。此外，以下实例中呈现的数据证明(鉴于它们的复杂性和文献中缺少任何相关讨论，有些出乎意料地)，使用包含TCE、TBE和/或2-IE酯基的PNA单体酯可以产生PNA单体，具有高产率、高纯度，包括高光学纯度。
参考图23，申请人发现了至少两种非常选择性地裂解式II或IIb的化合物的酯基的途径。在一个实施例中，将锌(呈粉末或细颗粒形式)与乙酸和磷酸二氢钾在THF混合物水溶液中组合。此反应优选在0℃下进行并且通常在2至24小时内完成，这取决于酯的性质(参见：实例11)。如通过化合物30-10中的大部分三键的保留确定，这些还原条件相对温和。
可替代地，在一些实施例中，可以用有机膦试剂、任选地DMAP和有机碱(诸如NMM)在非质子溶剂诸如THF或DMF中处理PNA单体酯(参见：实例12和13)。图24a、24b、25、26a和26b是使用LC/MS仪器产生的色谱图，并且证明了这种方法的成功。
X.得到主链酯和主链酯酸盐的替代和新型路线
申请人努力检查得到主链酯的替代路线，希望改进该方法。参考图27A至27C，展示了得到主链酯和主链酯酸盐的替代合成路线。
许多溴乙酸酯是可商购的。例如，许多供应商销售溴乙酸甲酯、溴乙酸乙酯、溴乙酸叔丁酯和/或溴乙酸苄酯。许多其他的也是可商购的或可作为定制合成来制造。然而，如果希望的溴乙酸酯不可商购，则参考图27A，可以使例如(化合物50)溴乙酰溴(或等效试剂，诸如氯乙酰氯、溴乙酰氯、碘乙酰溴、碘乙酰碘或碘乙酰氯)与相应的醇(化合物51)反应，该醇基于所希望的酯类型来选择。例如，如果希望三氯乙基酯、三溴乙基酯、2-溴乙基或2-碘乙基酯，则选择的醇可以分别是2,2,2-三氯乙醇(56)、2,2,2-三溴乙醇(57)、2-溴乙醇(81)或2-碘乙醇(58)。醇的一些其他非限制性实例包括烯丙醇(59)、叔丁基二甲基甲硅烷基醇(60)、三异丙基甲硅烷基醇(61)、2-氯乙醇(80)、2,2-氯乙醇(82)、2-溴乙醇(81)和2,2-二溴乙醇(83)。在一些实施例中，醇选自2,2,2-三氯乙醇(56)、2,2,2-三溴乙醇(57)和2-碘乙醇(58)。在一些实施例中，醇选自2-氯乙醇(80)或2-溴乙醇(81)。在一些实施例中，醇选自2,2-二氯乙醇(82)和2,2-二溴乙醇(83)。
可以使用吡啶(或三甲吡啶)作为碱在基于醚的溶剂诸如乙醚、四氢呋喃或1,4-二噁烷中进行反应，优选以干(无水)形式获得。反应优选在干/无水条件下进行。反应产物是所希望的溴乙酸酯(化合物52)。例如，化合物52可以是溴乙酸2-氯乙酯、溴乙酸2,2-二氯乙酯、溴乙酸2,2,2-三氯乙酯、溴乙酸2-溴乙酯、溴乙酸2,2-二溴乙酯、溴乙酸2,2,2-三溴乙酯、溴乙酸2-碘乙酯、溴乙酸烯丙酯、溴乙酸三异丙基甲硅烷基酯、或溴乙酸叔丁基二甲基甲硅烷基酯。通常，可以提取粗反应产物并且将粗产物通过真空蒸馏或柱色谱法纯化。
再次，参考图27A，可以使购买或制备的溴乙酸酯(化合物52)与单保护的乙二胺(化合物53)在缓冲反应中反应以产生主链酯化合物(化合物54)。将反应缓冲以使胺的双烷基化最小化。优选将反应缓冲，但是可能含有过量的叔胺，因此它是碱性的。Feagin等人(参考文献C-31)已报道了类似的烷基化反应，但是仅使用单-boc保护的乙二胺。Feagin等人没有用N-Fmoc保护的乙二胺进行反应，尽管最终产生Fmoc保护的氨基乙基甘氨酸主链。这说明了这样的问题：在碱性条件下用碱不稳定的保护基团诸如Fmoc进行烷基化预期不会成功。
在某些情况下可以购买单保护的乙二胺(化合物53)。例如，N-boc-乙二胺是可商购的。可以通过使用US 6,063,569中描述的方法用其他保护基团(例如，用Dmbhoc)来单保护乙二胺(参见例如图1和实例2)。此程序对酸不稳定的保护基团特别有用。
作为其酸盐的单Fmoc保护的乙二胺(和用其他碱不稳定的保护基团单保护的乙二胺)可由N-boc-乙二胺制备，如图27C所展示。如所展示，使N-boc-乙二胺(53b)与Fmoc-O-Su(下文定义)在含有碳酸氢钠和碳酸钠的混合物的溶液中反应。此反应可在水和诸如丙酮或乙腈的有机溶剂的混合物中进行。碳酸氢钠和碳酸钠的混合物将溶液缓冲以允许游离胺与Fmoc-O-Su反应。当反应完成时，可以将所有碳酸钠和碳酸氢钠用等当量的强酸诸如HCl中和以给出单Fmoc-单boc保护的乙二胺(化合物75)。用过量强酸诸如HCl或TFA处理化合物75将除去boc保护基团并且产生Fmoc(或其他碱不稳定的单)保护的乙二胺的酸盐(化合物53a)。
参考图27B，可以使单boc-乙二胺(化合物53-图27A)、包含碱不稳定的保护基团的单保护的乙二胺的形式(化合物53a)与溴乙酸酯(52)在叔碱诸如DIEA(或TEA或NMM)的存在下反应，从而产生主链酯(54a)。在一些实施例中，PgB是Fmoc。在一些实施例中，PgB选自由以下组成的组：Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。
如图27A和图27B所展示，可以通过用磺酸处理将主链酯(54和54a)转化为它们的磺酸盐。磺酸包括但不限于苯磺酸、萘磺酸、对二甲苯-2-磺酸、2,4,5-三氯苯磺酸、2,6-二甲基苯磺酸、2-均三甲苯磺酸(或二水合物)、2-甲基苯磺酸、2-乙基苯磺酸、2-异丙基苯磺酸、2,3-二甲基苯磺酸、2,4,6-三甲基苯磺酸和2,4,6-三异丙基苯磺酸。申请人已发现对甲苯磺酸(TSA)特别有用，并且这种类型的主链酯酸盐倾向于从乙酸乙酯或乙酸乙酯和乙醚的混合物中以高纯度结晶。通常，可以在纯化步骤(例如，柱色谱法)之前或之后将磺酸添加到主链酯中。
如上所述，Feagin等人(参考文献C-31)没有在N-保护基团是碱不稳定的保护基团的情况下使任何N-保护的乙二胺部分与溴乙酸酯反应。实际上，可以预期，适应此类烷基化反应所需的碱性条件可能导致如此多的副反应，使得不可能分离产物或至少不产生非常好的产率。然而，申请人已经确定，此反应可以在反应以合理的纯度进行的条件下进行，使得可以获得作为其磺酸盐的纯产物，产率在约40％-60％范围内。因此，在一些实施例中，本发明涉及一种用于制备通式54a的化合物的简化方法：
Figure BDA0002230939980000431
其中，PgB是碱不稳定的胺保护基团(例如，Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps或Cyoc)，R20可以是选自由以下组成的组的部分：甲基(70)、乙基(71)、叔丁基(74)、苄基(76)、2-氯乙基(86)、2,2-二氯乙基(88)、2,2,2-三氯乙基(66)、2-溴乙基(85)、2,2-二溴乙基(87)、2,2,2-三溴乙基(67)、2-碘乙基(68)、烯丙基(69)、三异丙基甲硅烷基(73)和叔丁基二甲基甲硅烷基(72)，并且SA-是磺酸阴离子。在一些实施例中，R20选自2,2,2-三氯乙基(66)、2-溴乙基(85)、2,2,2-三溴乙基(67)和2-碘乙基(68)。在一些实施例中，PgB是Fmoc。在一些实施例中，PgB是Fmoc，并且R20选自2,2,2-三氯乙基(66)、2-溴乙基(85)、2,2,2-三溴乙基(67)和2-碘乙基(68)。
根据该方法，使通式53a的化合物：
Figure BDA0002230939980000441
与通式52的化合物：
Figure BDA0002230939980000442
反应，其中，PgB和R20是先前定义的。阴离子Y-可以是任何阴离子。例如，阴离子Y-可以是I-、Br-、Cl-、AcO-(乙酸根)、CF3COO-(三氟乙酸根)、柠檬酸根或甲苯磺酸根。反应可在叔碱诸如DIEA、TEA或NMM的存在下进行。反应可在干/无水基于醚的溶剂诸如乙醚、THF或1,4-二噁烷中进行。这种方法消除了需要从主链酯中除去酸不稳定的保护基团(即，boc)并且将其用碱不稳定的保护基团替代所需的两个额外步骤(如Feagin等人所做的那样(参考文献C-31))。
在一些实施例中，可以将式54a的产物：
Figure BDA0002230939980000443
通过用磺酸的处理转化为磺酸盐，从而产生式55a的化合物：
Figure BDA0002230939980000444
其中，PgB、R20和SA-是如先前所定义的。
这种新颖的方法非常适合于生产可用于生产经典PNA单体(即，具有N-Fmoc-2-(氨基乙基)甘氨酸主链的单体)的主链酯和主链酯酸盐。采用可用的经取代的手性胺，可以将此程序扩展为生产包含β-或γ-主链修饰的主链。类似地，采用可用的经手性取代的溴乙酸酯，可以将此程序扩展为生产包含α-主链修饰的主链。
XI.优点
本发明的一个优点是，PNA单体前体(即，PNA单体酯)包含可与在分子上存在的所有其他保护基团完全正交的酯基。本发明的另一个优点是，所述酯基可以被快速且干净地除去，使得可以高产率和不一定需要柱色谱法的纯度(以及高的光学纯度，如果输入起始材料具有高的光学纯度的话-特别参见表11B中的化合物30-20和30-24以及相关的脚注)生产所得PNA单体，该柱色谱法是使所述PNA单体处于其在PNA寡聚物合成中高效利用的状态下而进行的。此外，如果任选地通过柱或结晶将PNA单体纯化，则对于PNA单体，通常可以保持高产率并且常规地获得高于大多数标准商业产品的单体纯度的单体纯度(包括在一种情况下通过在260nm处HPLC，大于99.5％的纯度)(参见：化合物30-21；表11B和相关的脚注)。
本发明的主链酯的磺酸盐的一个优点是，它们通常是稳定的、高度结晶的，并且可以重结晶。因此，在某些情况下，可以在不进行柱纯化的情况下制备主链酯酸盐(作为它们的磺酸盐)。
申请人已经证明，通过除去PNA单体酯的2,2,2-三溴乙基保护基团和2-碘乙基保护基团而产生的PNA单体通常可以产生比由具有可比较的纯度规格但杂质分布不同(数据未示出)的可商购的PNA单体生产的PNA寡聚物更高纯度的PNA寡聚物。此外，另外的数据已显示，因为可商购的PNA单体的杂质分布与由此方法产生的那些不同，所以对于具有可比较的纯度规格(即，如通过在260m处的HPLC分析测定的其百分比纯度)的PNA单体，通过此方法产生的PNA单体通常产生更高品质的PNA寡聚物(即，基于相同条件下的HPLC分析当在260nm处分析时，更高纯度的PNA寡聚物)。
5.本发明的各种实施例
关于本节5和权利要求，应当理解，步骤顺序或执行某些动作的顺序是不重要的，只要本教导保持可操作或除非另有指定。此外，在一些实施例中，两个或更多个步骤或动作可以同时进行，只要本教导保持可操作或除非另有指定。
I.PNA单体酯化合物
在一些实施例中，本发明涉及新型PNA单体酯化合物(例如，化合物II-1至II-12-Ts和II-14和II-16至II-22-Ts和II-24-Ts)，这些化合物具有酯基，该酯基可通过使用还原剂除去以从而产生PNA单体。这种选择避免了在严酷的酸性或碱性条件下(以除去PNA单体酯前体的酯)处理，这些条件可能(至少部分地)除去通常在PNA单体酯前体中发现的其他保护基团(例如，Boc和Fmoc)以得到标准PNA单体。如下面提供的实例所展示，申请人已证明，式II的新型PNA单体酯可用于以高产率生产PNA单体，其品质适合于PNA寡聚物合成，其中化学是如此干净的，在用于PNA寡聚物合成之前，用还原剂处理产生的PNA单体产物在某些情况下仅需萃取(而不通过柱纯化)。如实例所展示，这种化学可广泛应用于各种核碱基(和核碱基以及主链侧链保护方案)，并且可广泛应用于各种主链修饰(诸如常见的天然存在的氨基酸侧链和微PEG侧链)和相关的氨基酸侧链保护方案。
因此，在一些实施例中，本发明涉及通式II的新型PNA单体酯；
Figure BDA0002230939980000461
或其药学上可接受的盐，其中，B是核碱基，任选地包含一个或多个保护基团(参见上面第4(VI)节，关于核碱基保护基团的讨论)；Pg1是胺保护基团并且R1是式I的基团；
Figure BDA0002230939980000462
其中，每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；R12、R13和R14各自独立地选自H、D、F、Cl、Br和I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个独立地选自Cl、Br和I。关于式II，R2可以是H、D或C1-C4烷基；R3、R4、R5和R6各自可以独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团(参见第4(VII)节，关于各种氨基酸侧链保护基团的讨论)；
Figure BDA0002230939980000471
Figure BDA0002230939980000481
R9和R10各自可以独立地选自由以下组成的组：H、D和F；R16可以选自H、D和C1-C4烷基；并且n可以是从0至10的整数，包括0和10。
在式II的一些实施例中，每个R11独立地是H或D。在一些实施例中，R9和R10各自独立地是H或D。在一些实施例中，R2是H或D。在一些实施例中，每个R11是H，R9和R10各自是H，并且R2是H。
在式II的一些实施例中，每个R11独立地是H，R9和R10各自独立地是H，并且R2是H。
在式II的一些实施例中，R16选自由以下组成的组：H、D、甲基、乙基和叔丁基，并且n选自1、2、3和4。在一些实施例中，R16是H、甲基或叔丁基，并且n是1、2或3。
在式II的一些实施例中，核碱基B可以独立地选自在图2或图3中鉴定的核碱基。在式II的一些实施例中，B可以独立地选自A、DAP、G、G*、C、5MC、T、T2T、U、U2T、J、J2T和Y(参见：图18a，关于呈未受保护形式的每个核碱基的结构，以及图18b，关于这些核碱基的一些可能的保护形式)。例如，如图6c和18b所展示，A、C、DAP、G、G*和5MC的环外胺基可以用环外胺保护基团保护；并且(ii)G核碱基的O6可以用保护基团保护；(iii)T或U核碱基的N3或O4可以用酰亚胺或内酰胺保护基团保护；和/或(iv)T2T、U2T或J2T的硫原子可以用硫保护基团保护。
在式II的一些实施例中，环外胺保护基团可以是选自由以下组成的组的酸不稳定的保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。在式II的一些实施例中，环外胺保护基团可以是选自由以下组成的组的碱不稳定的保护基团：甲酰基、乙酰基、异丁酰基、甲氧基乙酰基、异丙氧基乙酰基、Fmoc、Esc、Cyoc、Nsc、Clsc、Sps、Bsc、Bsmoc、乙酰丙酰基、3-甲氧基-4-苯氧基苯甲酰基、苯甲酰基、对甲氧基苯甲酰基、对氯苯甲酰基、对硝基苯甲酰基、对叔丁基苯甲酰基、苯氧基乙酰基、2-氯苯氧基乙酰基、4-氯苯氧基乙酰基和4-叔丁基苯氧基乙酰基。
在式II的一些实施例中，(i)R3、R4、R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且(ii)R3、R4、R5和R6中的另一些是H、D或F。在一些实施例中，R16可以选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式II的一些实施例中，(i)R3和R4之一是由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且；(ii)R3和R4中的另一个是H、D或F。在一些实施例中，R5和R6各自可以独立地是H、D或F；R16可以选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2或3。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式II的一些实施例中，(i)R3和R4之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且(ii)R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；(iii)R3和R4中的另一个是H、D或F；并且(iv)R5和R6中的另一个是H、D或F。在一些实施例中，R16可以选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式II的一些实施例中：(i)R3和R4之一是式IIIaa的基团；并且(ii)R3和R4中的另一个是H、D或F；R5和R6各自独立地是H、D或F，R16选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式II的一些实施例中，R3和R4各自独立地是H或D。
在式II的一些实施例中，R5和R6各自独立地是H或D。
在式II的一些实施例中，R3或R4之一是式IIIaa的基团：
Figure BDA0002230939980000501
并且R3和R4中的另一个是H，其中，n是0、1、2或3，并且R16是H、甲基或叔丁基。
在式II的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的碱不稳定的保护基团：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。在式II的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的碱不稳定的保护基团：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、Pms和Cyoc。在式II的一些实施例中，Pg1是Fmoc或Bsmoc。在式II的一些实施例中，Pg1是Fmoc。
在式II的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的酸不稳定的保护基团：Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。在式II的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的酸不稳定的保护基团：Boc、Trt、Bhoc和Dmbhoc。在式II的一些实施例中，Pg1是Boc或Trt。在式II的一些实施例中，Pg1是Boc。在式II的一些实施例中，Pg1是Dmbhoc。
在式II的一些实施例中，R1选自2,2,2-三氯乙基(TCE)、2,2-二氯乙基、2-氯乙基、2,2,2-三溴乙基(TBE)、2,2-二溴乙基、2-溴乙基(2-BE)和2-碘乙基(2-IE)。在式II的一些实施例中，R1是2,2,2-三氯乙基(TCE)或2,2,2-三溴乙基(TBE)。在式II的一些实施例中，R1是2,2,2-三溴乙基(TBE)和2-碘乙基(2-IE)。在式II的一些实施例中，R1是2,2,2-三溴乙基(TBE)。在式II的一些实施例中，R1是2-溴乙基(2-BE)。在式II的一些实施例中，R1是2-碘乙基(2-IE)。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-A：
其中核碱基B选自在图18b中鉴定的以所展示的方式受保护并且如所展示连接的核碱基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-B：
Figure BDA0002230939980000512
其中核碱基B选自在图18b中鉴定的以所展示的方式受保护并且如所展示连接的核碱基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-C：
Figure BDA0002230939980000513
其中核碱基B选自在图18b中鉴定的以所展示的方式受保护并且如所展示连接的核碱基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-D：
Figure BDA0002230939980000521
其中核碱基B选自在图18b中鉴定的以所展示的方式受保护并且如所展示连接的核碱基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-E：
其中核碱基B选自在图18b中鉴定的以所展示的方式受保护并且如所展示连接的核碱基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-F：
Figure BDA0002230939980000523
其中核碱基B选自在图18b中鉴定的以所展示的方式受保护并且如所展示连接的核碱基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-G：
其中核碱基B选自在图18b中鉴定的以所展示的方式受保护并且如所展示连接的核碱基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-H：
Figure BDA0002230939980000532
其中核碱基B选自在图18b中鉴定的以所展示的方式受保护并且如所展示连接的核碱基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-I：
Figure BDA0002230939980000533
其中核碱基B选自在图18b中鉴定的以所展示的方式受保护并且如所展示连接的核碱基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-J：
Figure BDA0002230939980000541
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，并且R51是H或甲基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-K：
Figure BDA0002230939980000542
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，R51是H或甲基，并且Pgea是选自由以下组成的组的环外胺保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-L：
Figure BDA0002230939980000543
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，并且Pgea是选自由以下组成的组的环外胺保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-M：
Figure BDA0002230939980000551
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，并且Pgea是选自由以下组成的组的环外胺保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-N：
Figure BDA0002230939980000552
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，并且R51是H或甲基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-O：
Figure BDA0002230939980000553
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，R51是H或甲基，并且Pgea是选自由以下组成的组的环外胺保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-P：
Figure BDA0002230939980000561
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，并且Pgea是选自由以下组成的组的环外胺保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-Q：
Figure BDA0002230939980000562
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，并且Pgea是选自由以下组成的组的环外胺保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-R：
Figure BDA0002230939980000563
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，并且R51是H或甲基。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-S：
Figure BDA0002230939980000571
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，R51是H或甲基，并且Pgea是选自由以下组成的组的环外胺保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-T：
Figure BDA0002230939980000572
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，并且Pgea是选自由以下组成的组的环外胺保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
在一些实施例中，式II的化合物具有结构II-U：
Figure BDA0002230939980000573
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基，并且Pgea是选自由以下组成的组的环外胺保护基团：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
II.用于由PNA单体酯制造PNA单体的方法
在一些实施例中，本发明涉及用于由式II或IIb的前体新型PNA单体酯化合物(参见上文)生产PNA单体的新颖方法。
根据本发明的这些实施例，提供了(i)式II或IIb的化合物(如上面第5(I)节中列出的或如在表10B中列出的任何实施例中所述)；并且(ii)在还原条件下用还原剂处理所述化合物，从而由式II(或IIb)的化合物的酯基R1产生羧酸化合物。产物是式VIII的PNA单体(作为其游离羧酸-参见：图23)。所述方法可进一步包括分离所述羧酸化合物(即，PNA单体)。所述方法通过实例11至14举例说明。
在一些实施例中，还原剂是金属。例如，金属可以是：(i)锌，(ii)铜，(iii)镁或(iv)选自由以下组成的组的金属对：a)Zn-Cu(参考文献C-4)，b)Zn-Pb和(c)混合稀土金属(MM)，其中MM是50％Ce、25％La、16％Nd、6％Pr。(参见：参考文献C-25)。在实例11中，金属是锌，并且在作为溶剂的水和THF的混合物中使用包含KH2PO4和乙酸的缓冲液。多个参考文献描述了锌用于三氯乙基-或三溴乙基的脱保护的用途(参见例如：参考文献C-2、C-6、C-14、C-16和C-23)。
在一些实施例中，还原剂可以是有机膦，诸如三正丁基膦。参考文献C-7中报道了使用膦试剂指导三溴乙基的转酰基化，而申请人已证明它可用于脱保护三溴酯基团。
据申请人所知，2,2,2-三氯乙基(TCE)、2,2,2-三溴乙基(TBE)和2-碘乙基(2-IE)从未被用于(以及以正交方式选择性地脱保护)包含Fmoc和Boc保护基团二者的任何分子。
在其他实施例中，本发明涉及PNA单体酯和PNA单体的纯化制剂、以及提供它们的方法。在一些实施例中，纯化的PNA单体酯制剂包含至少1克PNA单体酯(例如，至少2克、至少3克、至少4克、至少5克、至少10克、至少15克、至少20克、至少30克、至少40克、至少50克、至少75克、至少100克或更多PNA单体酯)。在其他实施例中，纯化的PNA单体制剂包含至少1克PNA单体(例如，至少2克、至少3克、至少4克、至少5克、至少10克、至少15克、至少20克、至少30克、至少40克、至少50克、至少75克、至少100克或更多PNA单体)。
在一些实施例中，本发明包括一种用于提供纯化的PNA单体制剂的方法。在一些实施例中，该方法包括将释放的保护基团PgY与该PNA单体分离，其中PgY包含烯基，从而提供纯化的PNA单体。在一些实施例中，该释放的保护基团PgY包含烯基。不受理论束缚，PNA单体酯的脱保护以形成PNA单体酯需要形成游离羧酸和相应的释放的保护基团PgY，例如卤代乙烯。示例性的释放保护基团(PgY)包括二溴乙烯、二氯乙烯、溴乙烯和碘乙烯。在一些实施例中，纯化的PNA单体制剂包含小于约1克释放的保护基团PgY(小于0.5克、小于0.1克、小于0.05克、小于0.01克、小于0.005克、或小于0.001克释放的保护基团PgY)。
在其他实施例中，本发明包括一种用于提供纯化的PNA单体酯制剂的方法。在一些实施例中，该方法包括将核碱基乙酸与PNA单体酯分离。在一些实施例中，核碱基乙酸包含天然存在的核碱基或非天然存在的核碱基。在一些实施例中，核碱基乙酸包含核碱基，该核碱基选自由以下组成的组：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫代假异胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤(又称为2,6-二氨基嘌呤)、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、5-氯胞嘧啶、5-溴胞嘧啶、5-碘胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂腺嘌呤、3-脱氮杂鸟嘌呤、3-脱氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂腺嘌呤、5-丙炔基尿嘧啶和2-硫代-5-丙炔基尿嘧啶，包括任何前述项的互变异构形式。在一些实施例中，该纯化制剂包含小于约1克该核碱基乙酸(小于0.5克、小于0.1克、小于0.05克、小于0.01克、小于0.005克、或小于0.001克核碱基乙酸)。
在其他实施例中，提供纯化的PNA单体酯制剂的方法包括将主链酯与PNA单体酯分离。在一些实施例中，纯化的PNA单体酯制剂包含小于约1克主链酯(小于0.5克、小于0.1克、小于0.05克、小于0.01克、小于0.005克、或小于0.001克核碱基乙酸)。
在另一方面，本发明的特征在于一种评估PNA单体酯和PNA单体的制剂的方法。评估所述制剂的方法可以包括例如直接或间接地获取特定组分在制剂中的水平的值。在一些实施例中，本发明的特征在于一种评估PNA单体制剂的方法，该方法包括：a)例如通过LCMS或GCMS例如直接或间接地获取杂质水平的值；并且b)例如通过将该杂质水平的值与参考值比较来评估该杂质水平；从而评估该制剂。在一些实施例中，杂质是释放的保护基团PgY。在一些实施例中，该释放的保护基团PgY包含烯基。在一些实施例中，该释放的保护基团PgY选自以下的组：二溴乙烯、二氯乙烯、氯乙烯、溴乙烯、碘乙烯和乙烯。
在另一个实施例中，本发明的特征在于一种评估PNA单体酯制剂的方法，该方法包括：a)例如通过LCMS或GCMS例如直接或间接地获取杂质水平的值；并且b)例如通过将该杂质水平的值与参考值比较来评估该杂质水平；从而评估该制剂。在一些实施例中，杂质包括核碱基乙酸、主链酯、碱、或偶联剂。
在一些实施例中，可以将参考值与杂质水平进行比较，以确定制剂(例如，PNA单体酯制剂或PNA单体制剂)的纯度水平。在一些实施例中，PNA单体酯制剂具有约90％、约95％、约97.5％、约99％、约99/9％或更高的纯度水平。在一些实施例中，PNA单体制剂具有约90％、约95％、约97.5％、约99％、约99/9％或更高的纯度水平。
III.主链部分
在一些实施例中，本发明涉及新型PNA主链部分，其可用于通过图22中所展示的和实例10中描述的方法生产新型PNA单体酯(如上面第4(IX)(c)节中所述)。这些新型PNA主链部分可以尤其通过图21中所展示的和实例9中描述的还原胺化方法生产。PNA主链部分可以作为游离仲胺(在本文中称为‘主链酯’)生产，或任选地通过用适当的酸处理而转化为仲胺的酸盐(在本文中称为“主链酯酸盐”)。一些合适的(非限制性)酸包括HCl、HBr、HI、三氟乙酸、乙酸和柠檬酸。在一些实施例中，酸是磺酸，诸如对甲苯磺酸。
因此，在一些实施例中，本发明涉及一种式V的化合物或其盐：
Figure BDA0002230939980000601
其中：Pg1是胺保护基团；R1是式I的基团；
Figure BDA0002230939980000611
其中，每个R11可以独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；R12、R13和R14各自可以独立地选自H、D、F、Cl、Br和I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I。关于式V，R2可以是H、D或C1-C4烷基；R3、R4、R5和R6各自可以独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团(参见上面第4(VII)节，关于各种氨基酸侧链保护基团的讨论)；
Figure BDA0002230939980000612
Figure BDA0002230939980000621
其中，R16可以选自H、D和C1-C4烷基；并且n可以是从0至10的整数，包括0和10。
在式V的一些实施例中，R2可以是H或D。在一些实施例中，R16可以选自由以下组成的组：H、D、甲基、乙基和叔丁基，并且n可以选自1、2、3和4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式V的一些实施例中，(i)R3、R4、R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且；(ii)R3、R4、R5和R6中的另一些是H、D或F。在一些实施例中，R5和R6独立地是H、D或F。在一些实施例中，R16选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。在一些实施例中，R5和R6独立地是H、D或F。
在式V的一些实施例中，(i)R3和R4之一是由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且；(ii)R3和R4中的另一个是H、D或F。在一些实施例中，R5和R6独立地是H、D或F。在一些实施例中，R5和R6各自独立地是H、D或F；R16选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式V的一些实施例中，(i)R3和R4之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且(ii)R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；(iii)R3和R4中的另一个是H、D或F；(iv)R5和R6中的另一个独立地是H、D或F。在一些实施例中，R16选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式V的一些实施例中，(i)R3和R4之一是式IIIaa的基团；并且(ii)R3和R4中的另一个是H或D；R5和R6各自独立地是H或D，R16选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2或3。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是2或3。
在式V的一些实施例中，R3和R4各自独立地是H或D。
在式V的一些实施例中，R5和R6各自独立地是H或D。
在式V的一些实施例中，R3或R4之一是式IIIaa的基团：
Figure BDA0002230939980000641
并且R3和R4中的另一个是H，其中，n是0、1、2或3，并且R16是H、甲基或叔丁基。
在式V的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的碱不稳定的保护基团：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。在式V的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的碱不稳定的保护基团：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、Pms和Cyoc。在式V的一些实施例中，Pg1是Fmoc或Bsmoc。在式V的一些实施例中，Pg1是Fmoc。
在式V的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的酸不稳定的保护基团：Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。在式V的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的酸不稳定的保护基团：Boc、Trt、Bhoc和Dmbhoc。在式V的一些实施例中，Pg1是Boc或Trt。在式V的一些实施例中，Pg1是Boc。在式V的一些实施例中，Pg1是Dmbhoc。
在式V的一些实施例中，R1选自2,2,2-三氯乙基(TCE)、2,2,2-三溴乙基(TBE)和2-碘乙基(2-IE)。在式V的一些实施例中，R1是2,2,2-三氯乙基(TCE)或2,2,2-三溴乙基-(TBE)。在式V的一些实施例中，R1是2,2,2-三溴乙基(TBE)。
如上所注，在一些实施例中，可以通过用适当的酸处理主链酯，将主链酯转化为主链酯酸盐。因此，在一些实施例中，本发明涉及一种式VI的有机盐化合物：
Figure BDA0002230939980000651
其中：Y-是选自由以下组成的组的阴离子：氯离子、溴离子、碘离子、三氟乙酸根、乙酸根和柠檬酸根；Pg1是胺保护基团；R1是式I的基团；
其中，R11是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；R12、R13和R14各自独立地选自H、D、F、Cl、Br和I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I。关于式V，R2可以是H、D或C1-C4烷基；R3、R4、R5和R6各自可以独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团(参见上面第4(VII)节，关于各种氨基酸侧链保护基团的讨论)；
Figure BDA0002230939980000653
Figure BDA0002230939980000661
其中，R16可以选自H、D和C1-C4烷基；并且n可以是从0至10的整数，包括0和10。
在式VI的一些实施例中，R2可以是H或D。在一些实施例中，R16可以选自由以下组成的组：H、D、甲基、乙基和叔丁基，并且n可以选自1、2、3和4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式VI的一些实施例中，(i)R3、R4、R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且(ii)R3、R4、R5和R6中的另一些是H、D或F。在一些实施例中，R5和R6独立地是H或D。在一些实施例中，R16选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式VI的一些实施例中，(i)R3和R4之一是由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且(ii)R3和R4中的另一个是H、D或F。在一些实施例中，R5和R6独立地是H、D或F。在一些实施例中，R5和R6各自独立地是H、D或F；R16选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式VI的一些实施例中，(i)R3和R4之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且(ii)R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；(iii)R3和R4中的另一个是H、D或F；并且(iv)R5和R6中的另一个是H、D或F。在一些实施例中，R16选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式VI的一些实施例中，(i)R3和R4之一是式IIIaa的基团；并且(ii)R3和R4中的另一个是H或D；R5和R6各自独立地是H、D或F，R16选自H、甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。在一些实施例中，R2可以是H或CH3，R16可以是甲基或叔丁基，并且n可以是1、2或3。
在式VI的一些实施例中，R3和R4各自独立地是H或D。
在式VI的一些实施例中，R5和R6各自独立地是H或D。
在式VI的一些实施例中，R3或R4之一是式IIIaa的基团：
Figure BDA0002230939980000681
并且R3和R4中的另一个是H，其中，n是0、1、2或3，并且R16是H、甲基或叔丁基。
在式VI的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的碱不稳定的保护基团：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。在式VI的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的碱不稳定的保护基团：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、Pms和Cyoc。在式VI的一些实施例中，Pg1是Fmoc或Bsmoc。在式VI的一些实施例中，Pg1是Fmoc。
在式VI的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的酸不稳定的保护基团：Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。在式VI的一些实施例中，Pg1是选自由以下组成的组的酸不稳定的保护基团：Boc、Trt、Bhoc和Dmbhoc。在式VI的一些实施例中，Pg1是Boc或Trt。在式VI的一些实施例中，Pg1是Boc。在式VI的一些实施例中，Pg1是Dmbhoc。
在式VI的一些实施例中，R1选自2,2,2-三氯乙基(TCE)、2,2,2-三溴乙基(TBE)和2-碘乙基(2-IE)。在式VI的一些实施例中，R1是2,2,2-三氯乙基(TCE)或2,2,2-三溴乙基(TBE)。在式VI的一些实施例中，R1是2,2,2-三溴乙基(TBE)。
在一些实施例中，式V的化合物具有结构V-A：
Figure BDA0002230939980000682
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。在一些实施例中，式V的化合物具有结构V-B：
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。在一些实施例中，式V的化合物具有结构V-C：
Figure BDA0002230939980000692
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。在一些实施例中，式V的化合物具有结构V-D：
Figure BDA0002230939980000693
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。在一些实施例中，式V的化合物具有结构V-E：
Figure BDA0002230939980000694
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。在一些实施例中，式V的化合物具有结构V-F：
Figure BDA0002230939980000701
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。
在一些实施例中，式V的化合物具有结构V-F：
Figure BDA0002230939980000702
其中R50选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。
IV.用于生产主链酯和主链酯酸盐的方法
a.还原胺化
在一些实施例中，本发明涉及用于使用通用还原胺化方法形成主链酯的方法。所述方法包括：(a)提供根据式3的醛化合物：
并且提供根据式15的氨基酸酯盐：
Figure BDA0002230939980000704
可以在还原条件下使所述醛化合物与所述氨基酸酯化合物反应，从而产生根据式Vb的主链酯化合物：
Figure BDA0002230939980000711
其中，Y-是阴离子；Pg1是胺保护基团；R2是H、D或C1-C4烷基；R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、和IIIz各自任选地包含保护基团；
其中，R9和R10各自独立地选自由以下组成的组：H、D和F；每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；R12、R13和R14各自独立地是H、D、F、Cl、Br或I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；R16选自H、D和C1-C4烷基；并且n是从0至10的整数，包括0和10。所述还原胺化可以在本领域技术人员已知的各种条件下进行，这些条件包括下面实例9A至9C中描述的那些。例如，反应可以在诸如醇(例如，乙醇)的溶剂中使用诸如氰基硼氢化钠的还原剂进行。任选地，可以添加另外的试剂诸如有机酸(例如，乙酸)和有机碱(例如，DIEA)以缓冲反应混合物。根据此方法生产的式Vb的化合物的非限制性实例描述于下表9B中(在转化为其HCl或甲苯磺酰基盐之前)。
根据该方法，在式Vb的一些实施例中，Pg1是Fmoc或boc。在式Vb的一些实施例中，R9和R10各自是H。在式Vb的一些实施例中，R2是H或甲基。在式Vb的一些实施例中，每个R11独立地是H或D。在式Vb的一些实施例中，Y-是选自由以下组成的组的阴离子：氯离子、溴离子、碘离子、三氟乙酸根、乙酸根和柠檬酸根。在式Vb的一些实施例中，R12、R13和R14选自由以下组成的组：(i)R12、R13和R14各自是Cl；(ii)R12、R13和R14各自是Br；(iii)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是Br；并且(iv)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是I。在式Vb的一些实施例中，R4选自由以下组成的组：-CH3、-CH2-O-C(CH3)3、和–CH2-O-(CH2CH2)2-O-C(CH3)3。在式Vb的一些实施例中，R3选自由以下组成的组：-CH3、-CH2-O-C(CH3)3、和–CH2-O-(CH2CH2)2-O-C(CH3)3。在式VIb的一些实施例中，R6选自由以下组成的组：-CH3、-CH2-O-C(CH3)3、和–CH2-O-(CH2CH2)2-O-C(CH3)3。在式VIb的一些实施例中，R6是-CH2CH2-S-CH3。在式VIb的一些实施例中，R5是-CH2CH2-S-CH3。
在一些实施例中，上述方法还包括将所述式Vb的主链酯与酸混合以形成式VIb的主链酯酸盐的步骤：
Figure BDA0002230939980000731
其中，Y-是阴离子；Pg1是胺保护基团；R2是H、D或C1-C4烷基；R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure BDA0002230939980000741
R9和R10各自独立地选自由以下组成的组：H、D和F；每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；R12、R13和R14各自独立地是H、D、F、Cl、Br或I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；R16选自H、D和C1-C4烷基；并且n是从0至10的整数，包括0和10。
根据该方法，在式VIb的一些实施例中，Pg1是Fmoc或boc。在式VIb的一些实施例中，R9和R10各自是H。在式VIb的一些实施例中，R2是H或甲基。在式VIb的一些实施例中，每个R11独立地是H或D。在式VIb的一些实施例中，Y-是选自由以下组成的组的阴离子：氯离子、溴离子、碘离子、三氟乙酸根、乙酸根和柠檬酸根。在式VIb的一些实施例中，R12、R13和R14选自由以下组成的组：(i)R12、R13和R14各自是Cl；(ii)R12、R13和R14各自是Br；(iii)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是Br；并且(iv)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是I。在式VIb的一些实施例中，R4选自由以下组成的组：-CH3、-CH2-O-C(CH3)3、和–CH2-O-(CH2CH2)2-O-C(CH3)3。在式VIb的一些实施例中，R3选自由以下组成的组：-CH3、-CH2-O-C(CH3)3、和–CH2-O-(CH2CH2)2-O-C(CH3)3。在式VIb的一些实施例中，R6选自由以下组成的组：-CH3、-CH2-O-C(CH3)3、和–CH2-O-(CH2CH2)2-O-C(CH3)3。在式VIb的一些实施例中，R6是-CH2CH2-S-CH3。在式VIb的一些实施例中，R5是-CH2CH2-S-CH3。
在一些实施例中，本发明还涉及一种用于通过将核碱基乙酸偶联至主链酯或主链酯酸盐来生产PNA单体酯的方法。因此，在一些实施例中，本发明涉及一种方法，该方法包括：(a)提供根据式Vb的主链酯或根据式VIb的主链酯酸盐：
Figure BDA0002230939980000761
(b)提供式IX的核碱基乙酸：
(c)在有机碱和羧酸活化剂的存在下，将所述核碱基乙酸的羧酸基团活化以产生活化的核碱基乙酸；并且将该式Vb的主链酯或式VIb的主链酯酸盐与所述活化的核碱基乙酸混合，从而形成式IIb的PNA单体酯：
其中，B是核碱基，任选地包含一个或多个保护基团；Y-是阴离子；Pg1是胺保护基团；R2是H、D或C1-C4烷基；R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure BDA0002230939980000771
Figure BDA0002230939980000781
R9和R10各自独立地选自由以下组成的组：H、D和F；每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；R12、R13和R14各自独立地是H、D、F、Cl、Br或I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；R16选自H、D和C1-C4烷基；并且n是从0至10的整数，包括0和10。
在该方法的一些实施例中，核碱基B独立地选自由以下组成的组：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫代假异胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤(又称为2,6-二氨基嘌呤)、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、5-氯胞嘧啶、5-溴胞嘧啶、5-碘胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂腺嘌呤、3-脱氮杂鸟嘌呤、3-脱氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂腺嘌呤、5-丙炔基尿嘧啶和2-硫代-5-丙炔基尿嘧啶，包括任何前述项的互变异构形式。在该方法的一些实施例中，核碱基选自在图2中列出的核碱基，如所展示附接。在该方法的一些实施例中，核碱基选自在图3中列出的核碱基，如所展示附接。在该方法的一些实施例中，核碱基选自在图18b中列出的核碱基，如所展示附接。
根据该方法，在式VIb的一些实施例中，Pg1是Fmoc或boc。在式VIb的一些实施例中，R9和R10各自是H。在式VIb的一些实施例中，R2是H或甲基。在式VIb的一些实施例中，每个R11独立地是H或D。在式VIb的一些实施例中，Y-是选自由以下组成的组的阴离子：氯离子、溴离子、碘离子、三氟乙酸根、乙酸根和柠檬酸根。在式VIb的一些实施例中，R12、R13和R14选自由以下组成的组：(i)R12、R13和R14各自是Cl；(ii)R12、R13和R14各自是Br；(iii)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是Br；并且(iv)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是I。在式VIb的一些实施例中，R4选自由以下组成的组：-CH3、-CH2-O-C(CH3)3、和–CH2-O-(CH2CH2)2-O-C(CH3)3。在式VIb的一些实施例中，R3选自由以下组成的组：-CH3、-CH2-O-C(CH3)3、和–CH2-O-(CH2CH2)2-O-C(CH3)3。在式VIb的一些实施例中，R6选自由以下组成的组：-CH3、-CH2-O-C(CH3)3、和–CH2-O-(CH2CH2)2-O-C(CH3)3。在式VIb的一些实施例中，R6是-CH2CH2-S-CH3。在式VIb的一些实施例中，R5是-CH2CH2-S-CH3。
b.烷基化
在一些实施例中，本发明涉及一种用于生产主链酯和主链酯酸盐的新颖方法。例如并且参考图27B，在一些实施例中，本发明涉及一种方法，该方法包括使式53a的化合物：
Figure BDA0002230939980000791
与式52的化合物：
Figure BDA0002230939980000792
反应，其中PgB是碱不稳定的胺保护基团；R20是甲基、乙基、叔丁基、苄基、2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-碘乙基、烯丙基、三异丙基甲硅烷基、或叔丁基二甲基甲硅烷基；并且Y-是阴离子，诸如Cl-、Br-、I-、三氟乙酸根、乙酸根、柠檬酸根和甲苯磺酸根。烷基化反应可以在叔碱的存在下进行以产生式54a的产物：
Figure BDA0002230939980000793
其中，PgB是碱不稳定的胺保护基团；R20是甲基(式70)、乙基(式71)、叔丁基(式74)、苄基(式76)、2,2,2-三氯乙基(式66)、2,2,2-三溴乙基(式67)、2-碘乙基(式68)、烯丙基(式69)、三异丙基甲硅烷基(式73)、或叔丁基二甲基甲硅烷基(式72)。
通常，反应可以在基于有机醚的溶剂诸如乙醚、THF或1,4-二噁烷中进行。反应也可以在极性非质子溶剂诸如乙腈中进行。
在一些实施例中，该方法还包括使式54a的化合物与至少一当量磺酸接触，从而产生式55a的化合物(参见：图27B)：
Figure BDA0002230939980000801
其中，PgB是碱不稳定的胺保护基团；R20是甲基(式70)、乙基(式71)、叔丁基(式74)、苄基(式76)、2,2,2-三氯乙基(式66)、2,2,2-三溴乙基(式67)、2-碘乙基(式68)、烯丙基(式69)、三异丙基甲硅烷基(式73)、或叔丁基二甲基甲硅烷基(式72)；并且SA-是磺酸根阴离子。
在一些实施例中，硫酸根阴离子SA-由选自由以下组成的组的磺酸产生：苯磺酸、萘磺酸、对二甲苯-2-磺酸、2,4,5-三氯苯磺酸、2,6-二甲基苯磺酸、2-均三甲苯磺酸(或二水合物)、2-甲基苯磺酸、2-乙基苯磺酸、2-异丙基苯磺酸、2,3-二甲基苯磺酸、2,4,6-三甲基苯磺酸和2,4,6-三异丙基苯磺酸。在一些实施例中，硫酸根阴离子SA-由对甲苯磺酸产生。
在一些实施例中，碱不稳定保护基团PgB是Fmoc。在一些实施例中，碱不稳定保护基团PgB选自由以下组成的组：Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。
在一些实施例中，阴离子Y-选自由以下组成的组：I-、Br-、AcO-(乙酸根)、柠檬酸根或甲苯磺酸根。在一些实施例中，阴离子Y-是Cl-或CF3COO-(三氟乙酸根)。
V.用于由PNA单体和PNA单体酯生产PNA寡聚物的方法
本文描述了由PNA单体和/或PNA单体酯制造PNA寡聚物的方法。在一些实施例中，本发明的特征在于一种形成PNA寡聚物的方法，该方法包括a)提供式(II)的PNA单体酯(例如，本文所述的式II)；b)从该式(II)的PNA单体酯中除去R1以形成PNA单体和释放的保护基团PgY；并且c)在允许在该PNA单体与具有反应性N-末端的PNA寡聚物之间形成酰胺键的条件下，使该PNA单体与该具有反应性N-末端的PNA寡聚物接触，从而形成(细长的)PNA寡聚物。
PNA寡聚物可以经由固相合成或溶液相合成来制备，例如，使用标准方案。在一些实施例中，使用固相合成制备PNA寡聚物。在一些实施例中，该方法包括在固体支持物上将多个PNA单体连接在一起。在一些实施例中，将具有反应性N-末端的PNA寡聚物通过接头与固体支持物连接。在一些实施例中，接头包含共价键。示例性接头可以包括烷基、聚乙二醇基团、胺或其他官能团。在一些实施例中，接头包含至少一个PNA亚基。
在一些实施例中，该方法使用自动化仪器进行。在一些实施例中，该方法在溶液相中进行。
在一些实施例中，该释放的保护基团PgY包含烯基。不受理论束缚，所提出的PNA单体脱保护需要暴露出游离羧酸并且形成相应的释放的保护基团PgY，例如卤代乙烯。示例性的释放的保护基团(PgY)包括二溴乙烯、二氯乙烯、氯乙烯、溴乙烯、碘乙烯和乙烯。
可以通过将PNA单体迭代偶联到固体支持物上来制备PNA寡聚物。在一些实施例中，该方法包括d)提供式(II)(例如，本文所述的式II)的第二PNA单体酯；e)从式(II)的第二PNA单体酯中除去R1以形成第二PNA单体；并且f)在允许在该第二PNA单体与具有反应性N-末端的PNA寡聚物之间形成酰胺键的条件下，使该第二PNA单体与该包含反应性N-末端的PNA寡聚物接触，从而形成(细长的)PNA寡聚物。在一些实施例中，该方法包括g)提供式(II)(例如，本文所述的式II)的第三PNA单体酯；h)从该式(II)的第三PNA单体酯中除去R1以形成第三PNA单体；并且i)在允许在该第三PNA单体与具有反应性N-末端的PNA寡聚物之间形成酰胺键的条件下，使该第三PNA单体与该具有反应性N-末端的PNA寡聚物接触，从而形成(细长的)PNA寡聚物。在一些实施例中，允许形成酰胺键的这些条件包括偶联剂(例如，DCC、EDC、HBTU或HATU)。在一些实施例中，允许形成酰胺键的条件至少包括催化量的DMAP。
在一些实施例中，PNA寡聚物包含至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个或至少10个PNA亚基。在一些实施例中，PNA寡聚物包含在2与50之间个PNA亚基。在一些实施例中，PNA寡聚物包含在10与50之间个PNA亚基。在一些实施例中，PNA寡聚物包含在25与50之间个PNA亚基。在一些实施例中，PNA寡聚物包含在30与45之间个PNA亚基。在一些实施例中，PNA寡聚物包含在30与40之间个PNA亚基。在一些实施例中，PNA寡聚物包含在35与40之间个PNA亚基。
在一些实施例中，用于在形成PNA寡聚物的方法中使用的式(II)的PNA单体酯(例如，如本文所述)包含在图2、图18a或图18b中展示的核碱基。在一些实施例中，核碱基是天然存在的核碱基。在一些实施例中，核碱基是非天然存在的核碱基。在一些实施例中，核碱基选自以下的组：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫代假异胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤(又称为2,6-二氨基嘌呤)、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、5-氯胞嘧啶、5-溴胞嘧啶、5-碘胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂腺嘌呤、3-脱氮杂鸟嘌呤、3-脱氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂腺嘌呤、5-丙炔基尿嘧啶和2-硫代-5-丙炔基尿嘧啶，包括任何前述项的互变异构形式。
VI.试剂盒
在一些实施例中，本发明涉及试剂盒。通常提供试剂盒作为便利形式，其中方便地以用于特定应用的量提供天然一起使用的材料，通常伴随有指导进行所述应用的说明书。例如，本文披露的主链酯或主链酯酸盐化合物可以与核碱基乙酸和任选地可用于生产PNA单体酯的溶剂一起包装。作为另一个实例，试剂盒可以包括PNA单体酯和适用于将PNA单体酯转化为PNA单体的还原剂(诸如锌或有机膦)。这种试剂盒可以任选地包括适用于进行所述转化的溶剂。
因此，在一些实施例中，本发明涉及一种试剂盒，该试剂盒包括式II的化合物和(i)说明书；(ii)还原剂；和/或(iii)溶剂。
在一些实施例中，本发明涉及一种试剂盒，该试剂盒包括式V的化合物和(i)说明书；(ii)碱基乙酸；和/或(iii)溶剂。
在一些实施例中，本发明涉及一种试剂盒，该试剂盒包括式VI的化合物和(i)说明书；(ii)碱基乙酸；和/或(iii)溶剂。
6.实例
根据以下实例可以进一步理解本教导的各方面，这些实例不应被解释为以任何方式限制本教导的范围。此外，对于本领域技术人员应该容易显而易见的是，在不偏离以下指导的范围和意图的情况下，可以通过在各种步骤中溶剂、体积和试剂量的变化来改变以下通用程序以达到特定化合物的最佳结果。
实例1：用于制造N-保护甘氨酸的酯的通用程序(化合物12-参见：图19)
向N保护的甘氨酸和适当的卤代乙醇(例如，2,2,2-三氯乙醇、2,2-二氯乙醇、2-氯乙醇、2,2,2-溴乙醇、2,2-二溴乙醇、2-溴乙醇或2-碘乙醇；以每约1-1.2当量醇约1当量(eq.)N-保护的甘氨酸(化合物10)的比率)中添加DCM(通常以每mmol N-保护的甘氨酸约2至3mLDCM的比率)。将此搅拌溶液在冰浴中冷却大约20分钟，并且然后添加催化量的DMAP(以每当量N-保护的甘氨酸约0.05至0.1当量的比率)和碳二亚胺(DCC或EDC，以每当量N-保护的甘氨酸1.1-1.3当量的比率)(DMAP和DCC的添加顺序可以颠倒)。允许使反应在冰浴中进行同时搅拌约2小时，然后允许温热至室温(RT)。通常将反应搅拌过夜(或若干天)，但可以在温热至室温的同时搅拌另外2-3小时后进行后处理。
当使用EDC时，仅将反应转移到分液漏斗中，用以下方式萃取：(i)用半饱和的KH2PO4，两次；(ii)用5％NaHCO3，两次；以及用饱和NaCl(盐水)，一次或多次。然后将产物经MgSO4(颗粒状)干燥，过滤并且蒸发。此材料不经进一步纯化而用于下一步骤，或者任选地可在随后使用前通过重结晶纯化。
当使用DCC时(参见：参考文献C-19)，将反应过滤以除去DCU并且蒸发滤液。将残余物以每mmol N-保护的甘氨酸(起始材料)约2至4mL的比率重新溶解在EtOAc中。添加足够的EtOAc以确保有机层是顶层并且可以分离各层。通常用以下方式萃取此溶液：(i)用5％-10％柠檬酸水溶液，至少一次；(ii)用饱和NaHCO3和/或5％NaHCO3，一次或两次；(iii)任选地用水；以及(iv)用盐水，至少一次。然后将产物经MgSO4(颗粒状)干燥，过滤并且蒸发。在用于下一步骤之前，通常将固体产物从EtOAc/己烷中结晶(收集多个收获物)。
实例2：用于制造N-保护的手性氨基酸的酯的通用程序(化合物13-参见：图19)
因为通过使用DCC(或EDC)和DMAP活化与手性中心相邻的羧酸可能诱导差向异构化(失去手性纯度)，所以通常使用已知最小化或消除差向异构化(并且从而保持手性纯度)的偶联剂(CA)进行N-保护的手性氨基酸(手性AA)与卤代醇之间的缩合反应。
通常，此类酯通过以下方式制造：通过添加过量(例如，1.05-5当量)的叔有机碱(诸如TEA、NMM或DIPEA)和略微过量(例如，1.1-1.3当量)的偶联剂(例如，HATU或HBTU)使手性N-保护的氨基酸(化合物11-)在合适的溶剂诸如DCM或DMF中反应。然后添加略微过量(例如，1.05-1.5当量)的卤代醇，并且通过薄层色谱仪(TLC)监测反应直至完成。然后如上面实例1中所讨论的那样后处理产物。使用此程序制备若干种手性氨基酸的N-保护的酯，如总结在下表1B中，其中还提供了产率数据。
产生的产物的通用结构(见：图19)：
Figure BDA0002230939980000841
其中PgX、R5、R6、R11a、R11b、R12、R13和R14是如先前所定义的(并且如下表1A中所用，不同之处在于为了清楚起见，R11a和R11b各自定义为独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基)。
一些示例性(非限制性)化合物的表-表1A
Figure BDA0002230939980000842
Figure BDA0002230939980000851
Figure BDA0002230939980000853
产生的产物的表-表1B
Figure BDA0002230939980000852
*由一份6.0g粗产物的柱色谱获得。
实例3：用于由N-(boc)-保护的氨基酸生产氨基酸酯的TFA盐的通用程序(参见：图19)
通常选择N-(boc)保护的氨基酸作为起始材料用于甘氨酸和包含烷基侧链(例如，甲基)的其他氨基酸，或者如果有人旨在生产含有碱不稳定的侧链保护基团的氨基酸的氨基酸酯的话。向N-(boc)保护的氨基酸中添加DCM(以每mmol N-(boc)保护的氨基酸约1至1.5mL的比率)。也可以使用与TFA相容的其他溶剂，如果希望这样的话。允许将此溶液在冰浴中冷却10-30分钟，并且然后向搅拌溶液中添加体积等于添加的DCM的体积的TFA。移去冰浴，并且允许搅拌反应，同时经30分钟温热至室温(RT)。然后在减压下除去溶剂。如果希望除去残余的TFA，可将残余物从甲苯中共蒸发一次或多次。然而，在许多情况下，消除此步骤并且通过向乙醚和/或己烷中添加(或添加乙醚和/或己烷)来研磨残余物。
例如，通过添加乙醚(并且搅拌)来研磨甘氨酸的2,2,2-三溴乙酯的TFA盐，并且允许将该盐在醚中搅拌1-2小时，然后通过真空过滤收集。相反，将甘氨酸的2,2,2-三氯乙基酯的TFA盐从甲苯(每mmol N-(boc)保护的氨基酸起始材料约2.5-3.0mL甲苯)中共蒸发两次，并且然后溶解在乙醚(每mmol N-(boc)保护的氨基酸起始材料约1.2-1.4mL)中。然后在向轻快搅拌的溶液中添加己烷(每mmol N-(boc)保护的氨基酸起始材料约1.5-1.7mL)时，TFA盐从溶液中崩析出。然后通过真空过滤收集TFA盐。
产生的产物的通用结构(见：图19)：
Figure BDA0002230939980000862
其中Y-、R5、R6、R11a、R11b、R12、R13和R14是先前定义的并且如下表2A中所用。
一些示例性(非限制性)化合物的表-表2A
如表2A中所用的缩写Met、Val、Phe、Ile、Leu和Arg是指通过使用三字母代码缩写指示的氨基酸的侧链。
产生的产物的表-表2B
实例4：用于由N-(Fmoc)-保护的氨基酸生产氨基酸酯的HOAc、TFA或HCl盐的通用程序(参见：图19)
如果有人旨在产生含有酸不稳定的侧链保护基团的氨基酸的氨基酸酯，通常选择N-(Fmoc)保护的氨基酸作为起始材料。向N-(Fmoc)保护的氨基酸中添加至少足够的20％(v/v)哌啶在DMF中的溶液，以完全溶解N-(Fmoc)保护的氨基酸(例如，对于20mmol的N-(Fmoc)保护的氨基酸，使用100ml在DMF中的20％(v/v)哌啶(或1％(v/v)的1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯“DBU”))。允许将此溶液在室温下搅拌直至TLC分析指示完全除去Fmoc基团。然后使用旋转蒸发器在减压下除去溶剂。可以通过以下方式除去过量的哌啶：用水共蒸发若干次，接着从环己烷中共蒸发以除去残余的水(这些是式14的化合物(参见：图19))。
Figure BDA0002230939980000881
其中R5、R6、R11a、R11b、R12、R13和R14是先前定义的并且如下表3A中所用。
可以将残余物溶解在乙醚或其他基于醚的溶剂(例如，THF或1,4-二噁烷)中，并且然后可以添加至少一当量的酸(例如，乙酸(HOAc)、TFA或HCl(例如，来自溶解在乙醚中的HCl溶液))以产生氨基酸酯的酸盐(例如，分别HOAc、TFA或HCl盐)(这些具有上式15)。一般来说，避免大量过量的添加酸以从而降低酸不稳定的侧链保护基团被脱保护的可能性。预期此方法提供式15的化合物。
一些示例性(非限制性)化合物的表-表3A
Figure BDA0002230939980000882
Figure BDA0002230939980000891
实例5：N-保护的氨基乙醛-式3-1-的合成
第1部分：N-保护的3-氨基-1,2-丙二醇-式2-的合成(参见：图20)
对于Fmoc保护的3-氨基-1,2-丙二醇，在搅拌下将9-芴基甲氧基琥珀酰亚胺基碳酸酯(Fmoc-O-Su)悬浮在丙酮(每mmol Fmoc-O-Su约1.2mL丙酮)中。向室温下的搅拌溶液中逐滴添加含有溶解于丙酮和水(丙酮对水为约4对1；并且以每mmol 3-氨基-1,2-丙二醇约0.8-1.0mL的比率-但其他比率也将奏效)的混合物中的3-氨基-1,2-丙二醇(每mmol Fmoc-O-Su约1.1mmol)的溶液。当完成时，将含有溶解于去离子水(以每1mL最初添加到Fmoc-O-Su中的丙酮约1mL去离子水的比率)中的NaHCO3和Na2CO3(以每mmol Fmoc-O-Su约1mmol NaHCO3和0.5mmol Na2CO3的比率)的溶液逐滴添加到搅拌的混合物中。在搅拌并且通过TLC分析(指示反应完成)后，经30分钟至一个小时逐滴添加含有足以完全中和NaHCO3和Na2CO3的HCl(溶解于每1mL最初添加到Fmoc-O-Su中的丙酮约0.3mL水中)的溶液。然后将反应物在旋转蒸发器上浓缩以除去丙酮，并且以每1mL最初添加到Fmoc-O-Su中的丙酮约2.2mL此混合物的比率将残余物用EtOAc/去离子水/丙酮(4/2/0.5)分配。分离各层，并且将水层用更多EtOAc萃取3次。然后将合并的有机层用含有3份盐水和1份水的溶液萃取。然后将有机层经MgSO4(颗粒状)干燥，过滤并且蒸发为固体。将产物从9/1乙腈/水中重结晶。
对于boc保护的3-氨基-1,2-丙二醇，可以在室温下使3-氨基-1,2-丙二醇与少量过量(例如，1.02-1.1当量)的二碳酸二叔丁酯(又称为Boc酸酐)在诸如DCM或THF的非质子溶剂中反应。不需要碱，并且在某些情况下，可以通过加热过夜来驱使反应完成。然后可以将反应产物蒸发并且不经进一步纯化而使用。
产生的产物的通用结构(见：图20)：
Figure BDA0002230939980000901
产生的产物的表(包括待生产的实例)-表4B
Figure BDA0002230939980000902
第2部分：N-保护的氨基丙二醇氧化成N-保护的氨基乙醛(式3-1；参见：图20)
向N-[Fmoc-(3-氨基)]-1,2-丙二醇中添加乙酸乙酯(以每mmolN-[Fmoc-(3-氨基)]-1,2-丙二醇约5-8mL的比率)和冰(使用烧杯测量)(以每当量N-Fmoc-(3-氨基)-1,2-丙二醇约8-12mL冰的比率)。使用机械搅拌器搅拌混合物。向搅拌的混合物中添加NaIO4(以每当量N-Fmoc-(3-氨基)-1,2-丙二醇约1.5-2当量的比率)。在搅拌约5分钟后，添加DCM(以每mmolN-Fmoc-(3-氨基)-1,2-丙二醇约2mL的比率)并且允许将反应在冰浴中搅拌约1小时并且然后移去冰浴。然后允许将反应搅拌，同时温热至室温直至TLC指示起始材料基本上完全消耗(约2.5-3.5小时)。根据需要添加另外的NaIO4直至N-Fmoc-(3-氨基)-1,2-丙二醇基本上被消耗。当完成时，向搅拌的混合物中添加氯化钠(以每mmol N-[Fmoc-(3-氨基)]-1,2-丙二醇约6-7mmol NaCl的比率)。在搅拌约5分钟以溶解NaCl后，将烧瓶的全部内容物转移到适当大小的分液漏斗中，并且分离各层。然后用以下方式洗涤有机层：(i)用5％NaHCO3，至少一次；并且(ii)然后用盐水，至少一次。将有机层经MgSO4(颗粒状)干燥，过滤并且蒸发。N-(Fmoc)-氨基乙醛是固体并且不经进一步纯化而用于还原胺化。可以将这种材料储存在-20℃。
此通用程序也可用于制备适合无需进一步纯化而使用的N-(boc)-氨基乙醛。然而，通常，对于N-[boc-(3-氨基)]-1,2-丙二醇，在反应中仅使用DCM(不是乙酸乙酯和DCM的混合物)，以大致相同的有机与水(冰)的总浓度，除了不允许使将反应温热至室温并且通过将萃取混合物预冷而始终保持寒冷。N-(boc)-氨基乙醛可用于还原胺化以制造N-boc保护的主链酯，而N-(Fmoc)-氨基乙醛可用于还原胺化以制备N-Fmoc保护的主链酯。
产生的产物的通用结构(见：图20)：
其中，Pg1和R2是先前定义的。
产生的产物的表(包括待生产的实例)-表5B
Figure BDA0002230939980000912
实例6：由氨基醇制备手性N-保护的氨基醇-式6(参见：图20)
常见氨基酸的氨基醇衍生物(未受保护的、N-保护的和/或侧链保护的二者)可以从商业来源(诸如化学进出口公司和巴亨公司)获得。例如：L-丙氨醇(P/N 03169)、D-丙氨醇(P/N 03170)；L-甲硫氨醇(P/N 03204)；D-甲硫氨醇；(P/N 03205)；Boc-L-甲硫氨醇(P/N03206)；Fmoc-γ-叔丁酯-L-谷氨酰胺(P/N 03186)；Boc-O-苄基-L-丝氨醇(P/N 03220)和Fmoc-O-叔丁基-L-丝氨醇(P/N 03222)均可从化学进出口国际公司(Chem ImpexInternational,Inc.)和其他氨基酸试剂供应商商购获得。
可以通过使氨基醇与希望的保护基团前体反应获得合适的N-保护的氨基醇(例如，Fmoc和boc)，该保护基团前体用希望的保护基团Pg1保护胺基团。例如，通过在搅拌下将Fmoc-O-Su悬浮/溶解在丙酮中(以每mmol Fmoc-O-Su约2.5-6mL丙酮的比率)来制备N-Fmoc保护的氨基醇(在锥形瓶中)。向此轻快搅拌的溶液中逐滴添加溶解在丙酮(以每mmol氨基醇约0.4-1.2mL丙酮的比率)和(如果氨基醇未完全溶解于丙酮中的话)偶尔一些水中的氨基醇(以每mmol Fmoc-O-Su约1至1.2当量的比率)的溶液。当添加完成时，将含有溶解于去离子水(以每1mL最初添加到Fmoc-O-Su中的丙酮约1mL去离子水的比率)中的NaHCO3和Na2CO3(以每mmol Fmoc-O-Su约1至1.1mmol NaHCO3和0.5至0.55mmol Na2CO3的比率)的溶液逐滴添加到搅拌反应中。在搅拌并且通过TLC分析(指示反应完成)后，经30分钟至一个小时逐滴添加含有足以完全中和NaHCO3和Na2CO3的HCl(溶解于每1mL最初添加到Fmoc-O-Su中的丙酮约0.3mL水中)的溶液。然后通过添加1N HCl将溶液的pH调节至大约4-5(pH试纸)。然后将烧瓶在热板搅拌器上加热直至固体溶解。然后允许将溶液冷却过夜并且产物结晶。然后通过真空过滤收集结晶产物。然后任选地将产物重结晶(通常通过乙腈和水的混合物)至所希望的纯度水平。
产生的产物的通用结构：
Figure BDA0002230939980000921
其中，Pg1、R2、R3和R4是先前定义的。
一些示例性(非限制性)化合物的表-表6A
产生的产物的表(包括待生产的实例)-表6B
Figure BDA0002230939980000923
Figure BDA0002230939980000931
实例7：将手性N-保护的氨基酸还原成N-保护的氨基醇-式6(参见：图20)
已显示若干种文献方法由N-保护的手性氨基酸生产N-保护的手性氨基醇(参见例如：参考文献C-1、C-3、C-5、C-15和C-24)。可以选择这些程序以产生N-碱不稳定保护的(例如，Fmoc保护的)手性氨基醇或N-酸不稳定保护的(例如，boc保护的)手性氨基醇。这些手性氨基醇可能(取决于所选择的方法)也产生带有侧链保护基团的N-保护的手性氨基醇。如上所注，这些化合物中的许多是可商购的，并且因此不需要生产(参见表7A)。
举例来说，遵循driquez等人的程序(参考文献C-21)来产生Fmoc甲硫氨酸的D-和L-对映异构体二者。在每种情况下，将25mmol的N-Fmoc甲硫氨酸溶解/悬浮在25mL的1,2-二甲氧基乙烷(“DME”)中，并且将此溶液在冰/盐浴中冷却至约-5℃-10℃(参见：表7B)。然后，添加略微过量(25.5-26mmol)的NMM并且允许搅拌约1-3分钟，然后添加氯甲酸异丁酯(25.5-26mmol)。反应几分钟后，将反应过滤以除去N-甲基吗啉盐酸盐。然后将滤饼用5mL份的DME洗涤若干次。在混合下向滤液中添加溶解在13mL去离子水中的39-40mmol硼氢化钠的溶液，并且然后在之后立即添加(400-650mL)去离子水以产生白色固体。通过真空过滤收集此白色固体，并且将滤饼用水洗涤并且然后用己烷洗涤。将产物在高真空下干燥。根据Rodriquez，此程序通常适用于其他氨基酸。实际上，也显示此通用程序有效产生适当保护的丝氨酸的L-和D-对映异构体二者(参见：表7B)。
产生的产物的通用结构：
Figure BDA0002230939980000932
其中，Pg1、R2、R3和R4是先前定义的。
一些可商购的化合物的表-表7A
Figure BDA0002230939980000941
产生的产物的表(包括待生产的实例)-表7B
实例8：N-保护的氨基酸手性醛的制备-式3(参见：图20)
式3-1化合物(N-保护的氨基乙醛)是非手性的并且当甘氨酸用作根据实例7的起始氨基酸时基本上是此程序的产物。由于其容易，N-保护的氨基乙醛优选根据实例5的程序制备。对于所有具有手性中心的醛(例如，N-保护的D或L氨基酸的醛)，此实例8是优选的。
存在使用戴斯-马丁氧化剂由相应的N-保护的氨基醇生产高对映异构体过量(ee)的N-保护的氨基醛的报道，这些N-保护的氨基醇如上所示可容易从商业来源获得或容易由可得的起始材料产生，这些起始材料包括天然存在的手性氨基酸和手性氨基醇(也是ee：上面第4(IX)(b)节)。此方法可以在包含酸不稳定和碱不稳定的N-保护基团(作为Pg1)二者的氨基酸上进行。以下程序改编自(但密切遵循)Myers等人的程序，参考文献C-18。
向N-保护的氨基醇中添加湿(参考文献C-17)DCM(以每mmol N-保护的氨基醇约3.3至5.7mL的比率)(需要更多湿DCM以溶解N-保护的甲硫氨醇衍生物)。在进行之前将此溶液在冰浴中冷却约10-30分钟。然后向搅拌溶液中添加约1.5至2.1当量戴斯-马丁氧化剂(DMP-分成2-5份并且经10-20分钟分批添加)。通过TLC监测反应，并且添加另外的DMP直至基本上所有起始的N-保护的氨基醇被消耗。在反应过程中还添加另外的湿DCM若干次(参见：参考文献C-18)。通常，反应在1-2小时内完成。
当认为完成时，将反应混合物倒入乙醚和硫代硫酸钠与NaHCO3的水溶液的轻快搅拌(优选在冰浴中冷却)的混合物中，如Myers等人所述。后处理的其余部分也基本上如Myers等人所述进行。N-保护的醛产物通常作为从萃取中分离的那样不经任何进一步纯化在同一 天用于还原胺化(下面在实例9中讨论)。
产生的产物的通用结构：
Figure BDA0002230939980000951
其中，Pg1、R2、R3和R4是先前定义的。
产生的产物的表(包括待生产的实例)-表8B
Figure BDA0002230939980000952
Figure BDA0002230939980000961
实例9A：还原胺化生产主链-式V、Vb以及VI和VIb-参见：图21
用于生产主链酯和主链酯酸盐的通用程序如图21所展示。通常，反应包括：使根据式3的醛与根据式15的氨基酸酯盐(胺的盐)在还原剂诸如氰基硼氢化钠(NaBH3CN)的存在下在乙醇中在低温度(-10℃至0℃)下反应。此程序改编自参考文献C-8、C-9和C-22(Huang、Huang和Salvi)中描述的程序。
将氨基酸酯盐(以每mmol醛约1.05至2当量的比率)溶解/悬浮在乙醇(EtOH-每摩尔醛约3-7mL-见下文)中并且将此溶液在冰/盐浴中冷却至-15℃至0℃。添加冰醋酸和任选地有机碱如NMM或DIPEA，同时将溶液冷却至-10℃至0℃(冰醋酸以每mmol醛约1.4至4当量的比率添加，并且有机碱通常以每mmol氨基酸酯盐约0.9-1.0当量添加。当充分冷却时，将醛(如实例5或8中所述制备的)添加到搅拌溶液中(通常缓慢以溶解)，并且在醛缓慢溶解的同时将反应保持在-10℃至0℃，并且通过TLC监测反应。在某些情况下，在添加醛之前立即添加氰基硼氢化钠(NaBH3CN)，并且在某些情况下，在之后立即添加。选择乙醇作为溶剂，因为NaBH3CN在EtOH中充分可溶，但这种溶剂避免了用甲醇时观察到的酯交换问题。将反应温度降低至-10℃至0℃有助于避免醛的双加成，如Salvi所报道的。
当通过TLC认为反应完成时，在减压下除去乙醇，并且将残余物分配在EtOAc和去离子水或半饱和的KH2PO4中。然后用以下方式洗涤EtOAc层：(i)用半饱和KH2PO4，至少一次；(ii)用5％NaHCO3和/或饱和NaHCO3，一次或多次；以及(iii)使用盐水，至少一次(警告：始终将含有氰化物的废物丢弃至特殊的含有氰化物的废物流中，并且不与强酸合并以避免形成致命的有毒HCN气体)。然后将EtOAc层经MgSO4(颗粒状)干燥，过滤并且蒸发。将此残余物立即加载到硅胶柱上并且通过色谱法使用EtOAc/己烷运行EtOAc梯度(或DCM/MeOH，运行MeOH梯度)进行纯化。基于TLC分析收集并且合并级分。此方法产生通式V(和Vb)的化合物。
在申请人的经验中，当Pg1是Fmoc时，通式V(和Vb)的化合物在甚至短的时间段内也不稳定(如通过TLC确定)。这种不稳定性很可能归因于仲胺的碱性，这似乎促进了以下两者：1)除去Fmoc保护基团；并且2)Fmoc基团从伯胺向仲胺迁移。因此，申请人发现明智的是，通过产生仲胺的酸盐来立即稳定主链酯，从而使其暂时不反应。
通常，通过以下方式产生主链酯酸盐：将其溶解在最少量的DCM中，并且将此溶液逐滴添加到含有乙醚以及任选地己烷和每mmol主链酯约1-2当量HCl的搅拌溶液中。HCl是从可商购的溶解在乙醚中的2M HCl溶液中获得的。可替代地，将2M HCl添加到来自柱纯化的合并级分中，然后蒸发溶剂。无论如何，通过真空过滤收集固体结晶产物(式VI或VIb)。这种材料可以在冰箱中储存数月而不会有任何可注意到的分解。
产生的产物的通用结构：
Figure BDA0002230939980000971
其中Y-、Pg1、R2、R3、R4、R5、R6、R11、R12、R13和R14是先前定义的。
实例9B：改进的还原胺化程序
令人失望的化合物VIb-2(表9B)产率致使我们进行了若干个针对优化反应产率的小规模反应。以下通用程序由所述优化工作产生。
在室温下将希望量的N-保护的醛(例如，N-Fmoc-氨基乙醛)溶解在变性乙醇(Acros P/N 61105-0040；每mmol N-保护的醛约3-5mL乙醇)和乙酸(每mmol N-保护的醛约3当量HOAc)的溶液中。一旦全部固体溶解，就将溶液在盐/冰浴中冷却至约-15℃至-5℃。向冷搅拌溶液中添加氨基酸酯盐(以每mmol醛约1.5至2当量的比率)并且搅拌此溶液，优选直至固体溶解。向冷搅拌溶液中添加氰基硼氢化钠(NaBH3CN)，以每mmol醛约1.0至1.2当量NaBH3CN的比率。在添加NaBH3CN之后尽快实用，任选地经1-3分钟以每mmol所用氨基酸酯盐约0.8至1.0当量的比率将DIEA逐滴添加到反应中。当通过TLC认为反应完成时(通常在小于1小时内)，在减压下除去乙醇，并且将残余物分配在EtOAc和去离子水中。可以基本上如实例9A中所述对产物进行后处理，不同之处在于在进行柱色谱法之前生产产物的HCl盐的尝试不成功。然而，对于如下报告的产物VIb-2a，在柱纯化后，向合并的柱级分中添加0.7当量对甲苯磺酸-一水合物(每mmol起始醛)并且蒸发溶液。向油残余物中添加45mL醚和少量EtOAc。将固体产物在冰箱中静置过夜结晶。通过真空过滤收集产物并且用醚洗涤。1H-NMR分析证实此固体产物是Fmoc-aeg-OTBE主链酯的甲苯磺酰基盐(化合物VIb-2a，在下表9B中)。
实例9C：主链酯的甲苯磺酸盐的制备
随后，在按比例放大至实例9B中所述反应的大小的3倍的反应中(即，此反应使用30mmol N-Fmoc-氨基乙醛运行)，如所述进行反应并且如所述蒸发乙醇。然而，此时，将残余物用约150mL EtOAc和100mL水分配。分离各层，并且将EtOAc层用1/2饱和KH2PO4洗涤一次或多次。警告：然后将这些合并的水层丢弃到用于含有氰化物废物的废物流中。向乙酸乙酯层中添加75mL 1N HCl(当心气体逸出-很可能是HCN气体-在具有充分通风的经适当认证的罩中进行)。不将此含水层与氰化物废物流合并，因为这将导致高毒性HCN气体从废物瓶中逸出！分离各层，并且立即将EtOAc层用100mL饱和NaHCO3洗涤。因为通过试纸(paper)洗涤液的pH约为7，然后将乙酸乙酯层用100mL 5％NaHCO3洗涤1次并且然后用约100mL盐水洗涤一次。然后将EtOAc层经MgSO4(颗粒状)干燥并且过滤。向滤液中添加23mmol(每mmol N-Fmoc-氨基乙醛0.76当量)对甲苯磺酸(一水合物)，并且将溶液混合直至所有对甲苯磺酸(一水合物)溶解。几乎对甲苯磺酸(一水合物)一溶解，产物就开始结晶。允许将烧瓶在室温下静置2-3小时，并且然后放入冰箱中若干天。通过真空过滤收集固体产物，并且通过1H-NMR确定为Fmoc-aeg-OTBE主链酯的甲苯磺酰基盐(下表9B中的化合物VIb-2b)。因此，通过此方法，不需要柱来纯化材料，该材料以约45％的产率分离。此方法也成功地用于以良好的产率生产γ甲基主链酯酸盐的甲苯磺酰基盐的每种手性对映异构体(作为TBE酯和甲苯磺酰基盐；下表9B中列出的化合物VIb-5和VIb-6)。在一些情况下，甲苯磺酸盐结晶缓慢，因此，在这些情况下，可以将在重结晶溶剂中的溶液蒸发并且在用于与如下所述的核碱基乙酸的缩合反应之前立即重新悬浮在合适的溶剂中。
产生的产物的表(包括待生产的实例)-表9B
Figure BDA0002230939980000991
表的说明：脚注1：不作为晶体分离；脚注2：使用Feagin等人在参考文献C-31中描述的方法制备；缩写“Ser”是指式-CH2-O-C(CH3)3的受保护的丝氨酸侧链。Cl-指示盐酸盐(即，胺的HCl盐)；Ts-指示质子化胺的甲苯磺酰基阴离子盐(即，甲苯磺酸)；U指示酯的性质(例如，三氯乙基(TCE)；三溴乙基(TBE)或2-碘乙基(2-IE)。缩写“MP”是指式–CH2-(OCH2CH2)2-O-tBu的微PEG基团。
实例10：PNA单体酯的合成
方法1：用于制备PNA单体酯的这种方法展示于图22中，不同之处在于在所有情况下，使用‘主链酯酸盐’代替主链酯，因为它是稳定的并且可以更容易地储存和处理。然而，如果个人用户优选，则可以使用主链酯作为替代物。
通常，向核碱基乙酸(如与待使用的主链酯酸盐相比约1.0-1.3当量的比率)中添加干ACN，以每mmol核碱基乙酸约4-10mL ACN的比率。将此溶液在冰浴中冷却5-20分钟，并且然后添加约2.5-6当量NMM(相对于所使用的核碱基乙酸的量)。搅拌1-5分钟后，添加约1.0-1.3当量TMAC，并且允许将反应在0℃下搅拌20-30分钟。(注意：如果核碱基不包含保护基团(例如，U或T)，那么NMM和TMAC的添加顺序典型地相反)此时，取出样品并且通过向苯乙胺在ACN中的稀释溶液中添加一滴反应混合物将其淬灭。对此淬灭使用TLC分析(通常，在DCM中的2％-20％MeOH)来确定核碱基乙酸是否完全转化为混合酸酐。如果是，则添加主链酯酸盐(限制性试剂)，但如果否，则添加另外的TMAC直至TLC揭示核碱基乙酸基本上完全转化为混合酸酐。当充分转化成混合酸酐时，向反应中添加主链酯酸盐，并且通常允许在搅拌下进行反应约30分钟并且然后移去冰浴。
在一些情况下(例如，当核碱基难以在ACN中溶解时)，使用DMF代替ACN(例如，对于单boc保护的腺嘌呤和鸟嘌呤核碱基)。在这些情况下，使用HBTU来活化核碱基乙酸(代替TMAC)，并且根据需要添加过量的NMM以保持碱性pH)。观察到需要若干当量HBTU来完全活化核碱基乙酸(如基于苯乙胺淬灭结果确定的)。一旦适当活化，就通过添加主链酯酸盐使核碱基乙酸反应。
然后允许将反应温热至室温持续1-2小时，同时通过TLC监测。当完成时，通过在减压下蒸发除去ACN(或DMF，视情况而定)，并且将残余物用EtOAc和半饱和KH2PO4分配。分离各层并且将EtOAc层用以下方式洗涤：(i)用半饱和KH2PO4，一次或多次；(ii)用5％NaHCO3，一次或多次；并且(iii)用盐水，一次或多次。然后将EtOAc层用MgSO4(颗粒状)干燥，过滤并且蒸发。然后将残余物(通常为泡沫)(除非它结晶-参见下表10B中的脚注)通过柱色谱法纯化，其中使用EtOAc/己烷(运行乙酸乙酯梯度)或者当产物极性太大时，使用甲醇/二氯甲烷(运行MeOH梯度)。显示主链酯的盐酸盐和甲苯磺酸盐均有效产生相应的PNA单体酯。
方法2：进行此方法以确定锌还原方法对γ微PEG PNA单体酯的效果会有多好(除了N-末端Fmoc基团和核碱基的环外胺的Boc保护之外，该PNA单体酯(在这种情况下)还具有叔丁基醚部分)。对于此方法，申请人从商业来源取得了不纯的化合物30-7样品作为起始材料。该材料不适合PNA合成，因为已经除去了显著量的环外胺的Boc基团(估计为5％-10％)。向此化合物30-7样品中添加DCM，以每mmol化合物30-7约4-5mL的比率。向搅拌溶液中添加约1-1.05当量2,2,2-三溴乙醇(以产生化合物II-5)或2-碘乙醇(以产生化合物II-7)、约0.1当量DMAP和约1.05-1.1当量DCC。任选地将溶液冷却至0℃，并且通过TLC监测。当通过TLC显示反应完成时，添加约3-3.2当量二碳酸二叔丁酯并且通过TLC监测反应。奇怪的是，在对含有2-碘乙醇的样品的TLC分析中未观察到与二碳酸二叔丁酯的反应，但是含有2,2,2-三溴乙醇的样品似乎产生了新产物。搅拌若干小时后，通过添加水将反应淬灭，并且然后通过过滤除去DCU。将滤液转移至分液漏斗中并且通过以下方式萃取：(i)用半饱和KH2PO4，一次；(ii)用5％NaHCO3，一次；并且(iii)用盐水，一次。然后将DCM层经MgSO4(颗粒状)干燥，过滤并且蒸发。然后将残余物通过柱色谱法使用EtOAc/己烷运行EtOAc梯度来纯化。在一些情况下，通过以下方式将产物研磨：将其溶解在DCM中并且将DCM溶液逐滴添加到己烷和醚的混合物中。通过真空过滤收集经研磨的化合物。
产生的产物的通用结构：
Figure BDA0002230939980001011
其中B、Pg1、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R9和R10是先前定义的。
产生的产物的表(包括待生产的实例)-表10B
Figure BDA0002230939980001021
表的说明：在所有情况下，R9和R10是H。脚注1：非常不溶性产物-从2/2/1EtOH/ACN/H2O中重结晶。脚注2：从EtOH中重结晶的产物。脚注3：从EtOAc/己烷中重结晶的产物。脚注4：由主链酯的甲苯磺酸盐(代替盐酸盐)制备。在所有情况下，R2是H；R9是H并且R10是H。脚注5：用HBTU活化核碱基证明是有麻烦的，在这种情况下，导致低于典型的产率。缩写“MP”是指式–CH2-(OCH2CH2)2-O-tBu的微PEG基团。缩写“Ser”是指式-CH2-O-C(CH3)3的受保护的丝氨酸侧链。缩写“Met”是指式-CH2CH2-S-CH3的甲硫氨酸侧链。名称为“B-Pg”的列标识了核碱基保护基团(Pg)。名称为“Pos”的列标识了核碱基环上连接核碱基保护基团的位置。名称为“基团/原子”的列标识了与保护基团连接的原子或基团。符号“ea”标识了作为环外胺的基团。名称为“R1”的列标识了PNA单体酯的酯类型(例如，TCE＝2,2,2-三氯乙基，TBE＝2,2,2-三溴乙基并且2-IE＝2-碘乙基)。名称为“Meth”的列标识了用于制备PNA单体酯的方法。B是指核碱基，其中核碱基和保护基团与式II的化合物附接，如图18b中所展示。
实例11：PNA单体酯到PNA单体的基于锌的还原
方法1：用于将PNA单体酯还原为PNA单体的通用方法展示在图23中。根据该方法的一些实施例，向PNA单体酯中添加THF(以每mmol PNA单体酯约5-12mL的比率)。然后将此溶液在冰浴中冷却约10-30分钟。向冰冷搅拌溶液中添加约一半至一当量体积的冰冷TXE缓冲液[TXE缓冲液通过以下方式制造：将50mmol KH2PO4、25mmol乙二胺四乙酸(EDTA)和25mmol乙二胺四乙酸锌二钠盐水合物(EDTA-Zn.H2O)在约150mL至250mL去离子水和约50mL至85mL冰醋酸中组合(或以相似比率)。允许将此混合物搅拌过夜，之后添加约100mL至200mL THF，并且在另外搅拌约30-60分钟后，通过过滤除去固体，并且所得滤液用作TXE缓冲液]和锌粉(约基于PNA单体酯5至10当量)。如果PNA单体酯的溶解度是一个问题或以其他方式被认为是谨慎的，则添加另外的THF、饱和KH2PO4、水和/或乙酸。随着反应的进行，添加饱和KH2PO4溶液(和任选地水)并且添加另外的锌粉直至通过TLC分析(10％-20％MeOH在DCM中的溶液)显示反应完成。当认为完成时，然后将反应混合物通过硅藻土过滤以除去锌和其他不溶性材料。通常，然后在减压下减少滤液的体积直至溶液开始在旋转蒸发器上(不向烧瓶中加热)冷冻(形成泥浆状组合物)。然后添加DCM或EtOAc、水和/或萃取缓冲液以将产物分配到DCM或EtOAc中(萃取缓冲液制备为：每10mL去离子水1g KH2PO4和0.5g KHSO4)。在一些情况下，合适时，可以用另外的DCM或EtOAC将水层反萃取一次或多次。将(合并的)一个或多个有机层(DCM或EtOAc)用萃取缓冲液洗涤一次或多次(通常3次)，并且然后用饱和NaCl(盐水)洗涤一次或多次。然后将有机层经MgSO4(颗粒状)干燥，过滤并且蒸发。然后将粗产物任选地溶解在最少量的DCM中并且通过逐滴添加到轻快搅拌的己烷或己烷/乙醚(通常约1/1至8/2的比率)溶液中沉淀，除了化合物30-5(表11B)需要己烷和二正丁基醚的混合物以形成沉淀物。可以(并且优选)允许将沉淀的产物搅拌1-2小时，然后通过真空过滤收集，但是在任何情况下通过真空过滤收集并且在高真空下干燥。然后在一些情况下将PNA单体用于PNA寡聚物合成而无需进一步纯化，或者任选地通过在硅胶上的柱色谱法(通常在DCM/MeOH中，运行甲醇梯度)纯化。如果要通过柱色谱法纯化该材料，则通常直到进行柱纯化后才进行沉淀。在柱色谱图之后，经常如上所述沉淀PNA单体，以便使材料处于易于处理和称重的形式。
方法2：根据该方法的一些实施例，向PNA单体酯中添加THF(以每mmolPNA单体酯约5-12mL的比率)。然后将此溶液在冰浴(或盐/冰浴)中冷却约10-15分钟。然后向冰冷的搅拌溶液中添加等体积的TXE缓冲液，并且通常在进行前允许将此混合物冷却几分钟。然后添加锌粉(基于PNA单体酯约10当量)，通常以1/3的增量与乙酸(每mmol PNA单体酯0.5-2mL)、冰冷饱和KH2PO4(每mmol PNA单体酯0.5-2mL)和冰冷水(每mmol PNA单体酯0.5-2mL)一起，每次间隔约15-30分钟(对于TBE酯的，但对于TCE酯，间隔更长)直至所有锌都被添加。如果PNA单体酯的溶解度是一个问题，则根据需要添加另外的THF、水或冰醋酸以试图溶解PNA单体酯。根据需要添加另外的锌粉以驱使反应完成。通过TLC分析(10％-20％MeOH，在DCM中)监测反应，并且允许搅拌直至完成。对于TBE酯(和2-IE酯)，通常为1-2小时，除非起始材料展现出有限的溶解度。对于TCE酯，反应显著较慢(3-6小时，除非PNA单体酯展现出有限的溶解度-观察到其显著延长反应时间)并且实际上永不完成(通常>80％)。当认为完成时，然后将反应混合物通过硅藻土过滤以除去锌和其他不溶性材料，并且如上方法1所述进行后处理。
方法1和2是Just等人描述的程序(参考文献C-14)的改编。申请人观察到在0℃下并且在乙酸(其将反应的pH推至低于4.2并且未被Just描述)的存在下进行反应导致高度特异性地除去TCE、TBE和2-IE保护基团，通常不会任何显著地除去其他保护基团诸如Fmoc、tBu、Boc、Bis-Boc或Mob(硫保护)(或与其反应)。在申请人的掌握中，TBE酯是最不稳定的，其次是2-IE酯，其中TCE酯是最不稳定的(即，最难除去)。在申请人的掌握中，发现TBE酯极易溶解并且最容易使用。然而，用2-IE酯产生极度纯的PNA单体(参见表11B，化合物30-21，脚注9)。方法1和2在某些方面针对许多不同的起始材料中的一些而变化，以便试图改进条件或根据需要以其他方式说明起始材料的不同反应性。此类变化被认为是常规实验。
通常通过1H-NMR检查所制备的PNA单体，并且展示出与预期产物一致的谱。PNA单体(即，30-3和30-5至30-10和30-12，呈沉淀但不是柱纯化的形式)成功地用于标准合成方案以制备预期质量的PNA寡聚物。如此产生的这些PNA寡聚物的杂质分布通常与用我们实验室中使用的其他可商购的PNA单体制造的那些没有显著差异。由此方法制造的经柱纯化的单体通常产生改进的PNA寡聚物纯度和产率(如甚至与商业产品相比)。
还通过将其用于制备以下序列SEQ ID No:1的6聚体寡聚物，检查了某些手性PNA单体的手性纯度：L-Phe-X-gly-gly-gly-gly，其中X是待检查手性纯度的PNA单体。使用苯基丙氨酸的L-对映异构体(L-Phe)，因为它是相对疏水的并且可以接近100％的光学纯度获得。使用四残基C-末端(gly)4尾增加足够的长度以通过常规方法分离寡聚物产物。通过取代寡聚物中的手性Phe分子(即，X-PNA单体)，通过X-PNA单体的任何手性杂质(相反的对映异构体)产生非对映异构体。以我们的经验，这种结构的6聚体寡聚物的非对映异构体通过标准HPLC方案很好拆分。通过此测试，发现所有测试的手性PNA单体具有大于90％的对映异构体过量(ee)，通常超过95％光学纯度。确认化合物30-24超过99％光学纯度，并且基于此分析，认为其他若干种其他化合物超过99％光学纯度。
手性PNA单体30-3、30-8和30-9用于制备核碱基序列(SEQ ID No.2)CCCTAACCCTAA的12聚体PNA寡聚物。然后在热熔实验中检查纯化的12聚体PNA寡聚物，并且发现展现出手性γ取代的PNA寡聚物的各种预期功能特性。例如，由γ甲基取代的PNA单体制造的这种PNA寡聚物具有与由γ微PEG取代的PNA单体制造的相同核碱基序列的PNA寡聚物基本相同的Tm(在相同条件下)。
总之，此数据证明，本文所述的程序可用于制备具有多种多样结构的PNA单体酯(包括手性纯的材料)，并且这些PNA单体酯可以高产率转化为适用于标准PNA寡聚物合成方案的PNA单体。值得注意的是，这些PNA单体在其用于寡聚物合成之前不需要柱纯化-但是最终希望产生非常高品质的PNA寡聚物。在一些实施例中，进行简单的萃取和沉淀以使PNA单体处于用于寡聚物合成的状态下。
方法3(除去叔丁基酯-应用于生产化合物30-13)：向PNA单体酯(tBu酯)中添加二氯甲烷(每mmol PNA单体酯约2mL)。将此溶液在冰浴中冷却，并且然后添加三氟乙酸(TFA-每mmol PNA单体酯约2mL)并且在冰浴中进行反应。TLC分析(10％MeOH/DCM)指示反应非常缓慢，因此移去冰浴并且将反应温热至室温。约7h后，在减压下除去溶剂，并且将残余物从乙腈中共蒸发一次。然后将产物溶解在乙腈(每mmol SM约4mL)中并且允许在冰箱中静置过夜后结晶出来。通过真空过滤收集固体产物。
产生的产物的通用结构：
Figure BDA0002230939980001061
其中B、Pg1、R2、R3、R4、R5、R6、R9和R10是先前定义的。
产生的产物的表(包括待生产的实例)-表11B
Figure BDA0002230939980001062
表的说明：在所有情况下，R9和R10是H。脚注1：原产率-规模太小而无法后处理；脚注2：申请人确定，如果环外胺保护基团是Bis-Boc，则在这些条件下胞嘧啶核碱基的5-6双键被显著还原，而如果环外胺的保护基团是单-Boc(比较化合物30-3和30-4)，在这些条件下没有观察到5-6双键被显著还原。脚注3：对于比较，当进行这种PNA单体酯的传统LiOH皂化时，获得18％的产物产率；然而，通过传统的皂化方法制造的这种PNA单体不含由‘炔’的还原引起的任何‘烯’污染物，而产物化合物30-11含有约10％-15％的污染性‘烯’；脚注4：这种材料似乎不含任何‘烯’污染物。脚注5：报告的产率是对于柱纯化的材料的。脚注6：作为晶体获得。在所有情况下，R2是H；R9是H并且R10是H。脚注7：基于LCMS分析，估计对映异构体纯度大于99％(但是一旦制备了另一种对映异构体的真实样品，则进行确认)。脚注8：基于LCMS分析并且与包含另一种对映异构体的真实样品进行比较，确定对映异构体纯度大于99％。脚注9：通过在260nm处HPLC分析确定，此柱纯化的单体的分离纯度超过99.5％。缩写“Ser”是指式-CH2-O-C(CH3)3的受保护的丝氨酸侧链。缩写“Met”是指式-CH2CH2-S-CH3的甲硫氨酸侧链。缩写“MP”是指式–CH2-(OCH2CH2)2-O-tBu的微PEG基团。名称为“B-Pg”的列标识了核碱基保护基团(Pg)。名称为“Pos”的列标识了核碱基环上连接保护基团的位置。名称为“基团/原子”的列标识了核碱基的与保护基团连接的原子或基团。符号“ea”标识了作为环外胺的基团。名称为“酯SM”的列标识了PNA单体酯的酯类型(TCE＝2,2,2-三氯乙基、TBE＝2,2,2-三溴乙基和2-IE＝2-碘乙基，用于制备PNA单体(作为其游离羧酸)的起始材料)。名称为“Meth”的列标识了用于由PNA单体酯制备PNA单体的方法。B是指核碱基，其中核碱基和保护基团与式30的化合物附接，如图18b中所展示。
实例12：使用三正丁基膦(TBP)还原Fmoc-γ-L-ala-(Bis-Boc-C)-OTBE单体酯(化合物 II-4)
由于如表11B脚注2至4中所注的不希望的副还原的可能性降低，因此研究了替代的还原剂和相关程序。一种可能的替代方案是应用Hans等人描述的转酰基化方法(参考文献C-7)以潜在地生产游离酸代替。在此实例中，将Fmoc-γ-L-ala-(Bis-Boc-C)-OTBE PNA单体酯(化合物II-4-10.5mg，10.8μmol)溶解在210μL N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)中。将50μL等份此储备溶液与水、N,N’-二甲基-4-氨基吡啶(DMAP)和N-甲基吗啉(NMM)组合，并且然后最后用三正丁基膦(TBP)处理如下：
Figure BDA0002230939980001081
将反应平衡至指示温度，然后添加TBP，并且然后在指示温度下保持30分钟，随后将约1μL反应混合物用约0.5mL乙腈稀释。通过反相HPLC(C18柱，5％-95％乙腈线性梯度，经15分钟到0.1％甲酸水溶液中)分析乙腈混合物(约10μL)。所采用的HPLC系统配备有二极管阵列检测器和质量检测器(LC-MS)，允许同时监测UV吸光度和化合物质量(M+H)。分析结果如示出在图24a和24b中。溴化化合物的M+H值报告为在质谱中观察到的最大同位素峰。系统的质量准确度为+/-约0.5-0.75Da。
数据表明，在-41C和室温下在30分钟内在DMF中Fmoc-γ-L-ala-(Bis-Boc-C)-OTBEPNA单体酯(化合物II-4)被干净地脱保护，而含有水的反应得到可感知量的单体的二溴乙基酯(参见：参考文献C-7)。同样值得注意的是，如与锌、乙酸和缓冲磷酸盐条件相比，检测到胞嘧啶杂环的5-6双键没有被还原，在bis-boc保护时-而不是在单-boc保护时-这种5-6双键在这些条件下被可感知地还原(表11B中的脚注2)。
实例13：使用三正丁基膦(TBP)还原Fmoc-γ-L-ala-(Bis-Boc-A)-OTBE单体酯(化合物 II-8)
遵循上面概述的程序，在室温和-41℃下在DMF中测试Fmoc-γ-L-ala-(Bis-Boc-A)-OTBE PNA单体酯的还原。用2μL TBP处理2.5mg单体酯(化合物编号II-8，2.5μmol)在50μL中的反应。这些实验的结果示出在图25中。
数据表明，在-41℃下在30分钟内Fmoc-γ-L-ala-(Bis-Boc-A)-OTBE PNA单体酯(化合物编号II-8)仅部分地被脱保护，而在室温下在DMF中在30分钟内它完全地并且干净地被脱保护。
实例14：如与DMF相比，在四氢呋喃(THF)中使用TBP的还原
遵循上面概述的程序，在室温下在THF中测试Fmoc-γ-L-ala-(Bis-Boc-C)-OTBE PNA单体酯(化合物II-4)和Fmoc-γ-L-ala-(Bis-Boc-A)-OTBE PNA单体酯(化合物II-8)的还原。结果示出在图26a和26b中。
数据表明两种化合物都被完全还原，产生大部分PNA单体和10％-15％的相应二溴乙基酯。在图中C和A单体的二溴乙基酯分别具有11.32和11.17分钟的停留。为了便于反应后处理，THF可以是优选的溶剂，因为其挥发性比沸点高得多的DMF更高。
实例15：N-Fmoc-N-Boc-乙二胺(化合物75)的合成
向配备有机械搅拌器的3颈圆底烧瓶中添加Fmoc-O Su和丙酮(以每mmol Fmoc-O-Su约1.2mL丙酮的比率)。向此搅拌溶液中经30分钟逐滴添加溶解在丙酮(以每mmol N-boc-乙二胺约0.72mL丙酮的比率)中的N-boc-乙二胺(以每mmol Fmoc-O Su约1.1mmol N-boc-乙二胺的比率)的混合物。然后经30分钟逐滴添加NaHCO3(以每mmol Fmoc-O-Su约1mmol NaHCO3的比率)、Na2CO3(以每mmol Fmoc-O-Su约0.5mmol Na2CO3的比率)和水(以每当量Fmoc-O-Su约1.5mL水的比率)的混合物。允许将反应搅拌另外30分钟并且通过TLC(在5％MeOH/DCM中)监测。然后将1N HCl逐滴添加到反应中(以每mmol Fmoc-O-Su约2.2当量HCl的比率)。添加后，溶液的pH在2-3的范围内(通过试纸)，并且如果需要可以根据需要通过添加更多酸或碱来调节。滤出白色固体，并且将滤饼用35/65丙酮/水的溶液充分洗涤。然后将滤饼用纯净的乙腈充分洗涤以除去水并且置于高真空下至干。对于此反应，200mmol Fmoc-O-Su产生189mmol产物(95％产率)。通过1H-NMR确认产物(化合物75)。
实例16：N-Fmoc-乙二胺-酸盐(化合物53a)的合成
实例16a：TFA盐(化合物53a-TFA)的合成：向化合物75(SM)中添加DCM(以每mmol SM约1mL DCM的比率)，并且将此溶液置于冰浴中同时搅拌。允许在冷却的同时将溶液搅拌5分钟，并且然后缓慢添加TFA(以每mmol SM约1mL TFA的比率)。允许将反应搅拌45分钟并且通过TLC(在5％MeOH/DCM中)监测。当TLC指示反应完成时，然后将溶液通过二氧化硅过滤，并且将滤液浓缩至黄色油状物。(任选地，可以用甲苯将黄色油状物反复共蒸发以除去过量的TFA)。然后向黄色油状物中添加乙醚(以每mmol SM约3.3mL乙醚的比率)并且搅拌1小时。通过过滤收集固体产物，用乙醚洗涤并且置于高真空下至干。通过浓缩母液可以获得另外的收获物。
起始材料(SM)mmol 产物(53b-TFA)mmol ％产率
89.3 73 82.4
58.7 51 87.7
实例16b：HCl盐(化合物53a-HCl)的合成：将TFA盐(化合物53a-TFA)溶解在EtOAc中(以每mmol 53a-TFA约1.3mL EtOAc的比率)。向此搅拌溶液中缓慢添加1N HCl(水溶液)(以每mmol 53a-TFA约3当量HCl的比率)。允许将其搅拌10分钟，然后通过过滤收集产物，用水洗涤，并且置于高真空下至干。
53a-TFA mmol 产物mmol ％产率
75 58 78
实例17：溴乙酸酯(化合物52)的合成
此程序总体上改编自Seuring和Seebach(参考文献C-34)。通常，向置于N2下的配备有经烘箱干燥的加料漏斗的经烘箱干燥的圆底烧瓶中添加溴乙酰溴和THF(以每mmol溴乙酰溴约1.6mL THF的比率)。将圆底烧瓶置于冰浴中，同时搅拌15分钟以冷却。在经烘箱干燥的锥形瓶中，将所选择的醇(以每mmol溴乙酰溴约1mmol醇的比率)、吡啶(以每mmol溴乙酰溴约1mmol吡啶的比率)和THF(每mmol溴乙酰溴约0.2至0.4mL的比率)组合。如果醇是液体，则不需要另外的THF。然后将此混合物置于经烘箱干燥的加料漏斗中并且经约20分钟逐滴添加。移去冰浴，并且允许将反应搅拌约30分钟，同时温热至室温并且通过TLC(在25/75EtOAc/己烷中)监测。当通过TLC完成时，将反应混合物真空过滤以除去固体，并且将滤液浓缩成油状物。将粗反应产物通过柱色谱仪在硅胶上运行乙酸乙酯/己烷洗脱来纯化。表17提供了获得的产物和产率的列表。
表17
Figure BDA0002230939980001101
实例18：主链酯(化合物54和54a)的合成及其向甲苯磺酰基盐(化合物55和55a)的转化
向化合物53a-TFA(SM)中添加乙醇(以每mmol SM约4mL乙醇的比率)和甲苯(以每mmolSM约2mL甲苯的比率)。将其蒸发，并且然后添加甲苯(以每mmol SM约2mL甲苯的比率)并且再次蒸发。将其置于高真空中30分钟至干。然后添加所希望的溴乙酸酯(参见表18-化合物52)(以每mmol SM约1.4mmol溴乙酸酯的比率)并且将反应置于N2下。然后添加干乙腈(以每mmol SM约6.5mL ACN的比率)并且将反应置于冰浴中。允许将其在冷却的同时下搅拌约5分钟，并且然后经由加料漏斗经约5分钟添加DIEA(以每mmol SM约2.7mmol DIEA的比率)。移去冰浴，并且允许将反应搅拌约45分钟，同时通过TLC(在5％MeOH/DCM中)监测。一旦TLC指示反应完成(约1h)，就添加1N HCl(以每mmol SM约1.2当量HCl的比率)。添加后，pH值在4-5范围内(通过试纸)。然后将反应浓缩至其体积的约1/3，并且向残余物中添加EtOAc(以每mmol SM约7.5mL EtOAc的比率)并且用H2O萃取1次、用3.33％柠檬酸水溶液萃取3次、用H2O萃取1次、用饱和NaHCO3萃取2次、用5％NaHCO3萃取1次、并且最后用盐水(饱和NaCl)萃取1次。将有机层经MgSO4(颗粒状)干燥，并且然后任选地通过“微柱”中的最少量硅胶使用乙酸乙酯作为洗脱液过滤直至在来自柱的洗脱液中不再观察到UV。然后向洗脱液中添加对甲苯磺酸(以每mmol SM约0.7mmol TSA的比率)。搅拌烧瓶直至对甲苯磺酸溶解，并且然后产物从溶液中结晶。*静置一段时间后，将溶液置于冰箱中以完成结晶。通过真空过滤收集产物晶体并且使用冷EtOAc洗涤。出人意料的是，从粗反应产物中获得的甲苯磺酰基盐晶体非常干净并且通常在用于生产PNA单体酯之前不需要重结晶。
表18
*对于溴乙酸烯丙酯，不运行微柱，但是在添加对甲苯磺酸后，将粗反应产物在减压下脱除溶剂，并且重新悬浮于乙醚和最少量乙酸乙酯的混合物中。在轻快搅拌数小时后，形成晶体。然后将产物从乙酸乙酯中重结晶。表18中的在括号中的数字表示重结晶前的产率。
**溴乙酸叔丁酯是从商业来源获得的。
7.参考文献
美国专利文献
Figure BDA0002230939980001121
国外专利文献
Figure BDA0002230939980001122
科学参考文献
Figure BDA0002230939980001132
Figure BDA0002230939980001141
Figure BDA0002230939980001151
Figure BDA0002230939980001161
虽然结合各种实施例描述了本教导，但是本教导不旨在限于这些实施例。相反，如本领域技术人员将理解的，本教导包括各种替代方案、修改和等同物。

Claims (97)

1.一种式II的化合物：
Figure FDA0002230939970000011
或其药学上可接受的盐，其中B是核碱基，任选地包含一个或多个保护基团；
Pg1是胺保护基团；
R1是式I的基团；
Figure FDA0002230939970000012
其中，
每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；
R12、R13和R14各自独立地是H、D、F、Cl、Br或I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；
R2是H、D或C1-C4烷基；
R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure FDA0002230939970000031
其中，R9和R10各自独立地选自由以下组成的组：H、D和F；
R16选自H、D和C1-C4烷基；并且
n是从0至10的整数，包括0和10。
2.如权利要求1所述的化合物，其中每个R11独立地是H或D。
3.如权利要求1或2中任一项所述的化合物，其中R16选自由以下组成的组：甲基、乙基和叔丁基，并且n选自1、2、3和4。
4.如权利要求1或2中任一项所述的化合物，其中R9和R10各自独立地是H、D或F。
5.如权利要求1或2中任一项所述的化合物，其中R2是H、D或甲基。
6.如权利要求1或2中任一项所述的化合物，其中B独立地选自图2中鉴定的核碱基。
7.如权利要求1或2中任一项所述的化合物，其中B独立地选自图3中鉴定的核碱基。
8.如权利要求1或2中任一项所述的化合物，其中B独立地选自图18b中鉴定的核碱基。
9.如权利要求1或2中任一项所述的化合物，其中B独立地选自由以下组成的组：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫代假异胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤(又称为2,6-二氨基嘌呤)、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、5-氯胞嘧啶、5-溴胞嘧啶、5-碘胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂腺嘌呤、3-脱氮杂鸟嘌呤、3-脱氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂腺嘌呤、5-丙炔基尿嘧啶和2-硫代-5-丙炔基尿嘧啶，包括任何前述项的互变异构形式。
10.如权利要求1所述的化合物，其中B独立地选自A、DAP、G、G*、C、5MC、T、T2T、U、U2T、J、J2T和Y；(i)其中A、C、DAP、G、G*、5MC、J和J2T核碱基的环外胺基团任选地被环外胺保护基团保护；并且(ii)其中该G核碱基的O6氧任选地被保护基团保护；(iii)其中该T或U核碱基的N3或O4任选地被酰亚胺或内酰胺保护基团保护；和/或(iv)其中该T2T、U2T或J2T核碱基的硫原子任选地被硫保护基团保护。
11.如权利要求10所述的化合物，其中该环外胺保护基团选自由以下组成的组：Boc、Bis-Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
12.如权利要求11所述的化合物，Pg1选自由以下组成的组：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。
13.如权利要求10所述的化合物，其中该环外胺保护基团选自由以下组成的组：甲酰基、乙酰基、异丁酰基、甲氧基乙酰基、异丙氧基乙酰基、Fmoc、Esc、Cyoc、Nsc、Clsc、Sps、Bsc、Bsmoc、乙酰丙酰基、3-甲氧基-4-苯氧基苯甲酰基、苯甲酰基、对甲氧基苯甲酰基、对氯苯甲酰基、对硝基苯甲酰基、对叔丁基苯甲酰基、苯氧基乙酰基、2-氯苯氧基乙酰基、4-氯苯氧基乙酰基和4-叔丁基苯氧基乙酰基。
14.如权利要求13所述的化合物，其中Pg1选自由以下组成的组：Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
15.如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物，
其中，R2是H或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D；并且
(i)R3、R4、R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且
(ii)R3、R4、R5和R6中的另一些是H、D或F；并且
其中，R16选自甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。
16.如权利要求15所述的化合物，其中R5和R6各自独立地是H或D。
17.如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物，其中Pg1选自由以下组成的组：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。
18.如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物，其中Pg1选自由以下组成的组：Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
19.如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物，其中，R2是H，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D；
(i)R3和R4之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；
(ii)R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；
(iii)R3和R4中的另一个是H、D或F；
(iv)R5和R6中的另一个是H、D或F；并且
其中，R16选自甲基和叔丁基；并且n是1、2、3或4。
20.如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物，其中R3或R4之一是式IIIaa或IIIab的基团：
并且R3和R4中的另一个是H、D或F，其中，n是0、1、2、3或4，并且R16是甲基或叔丁基。
21.如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物，其中R1选自2,2,2-三氯乙基、2,2-二氯乙基、2-氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2,2-二溴乙基、2-溴乙基和2-碘乙基。
22.如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物，其中R1选自2,2,2-三氯乙基、2,2-二氯乙基、2-氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2,2-二溴乙基、2-溴乙基和2-碘乙基。
23.如权利要求12所述的化合物，其中R1选自2,2,2-三氯乙基、2,2-二氯乙基、2-氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2,2-二溴乙基、2-溴乙基和2-碘乙基。
24.如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物，其中R1选自2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基和2-碘乙基。
25.一种方法，该方法包括：
a)提供如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物；并且
b)在还原条件下用还原剂处理所述化合物，从而由式II的化合物的酯基R1产生羧酸化合物。
26.如权利要求25所述的方法，该方法进一步包括：分离所述羧酸化合物，其中所述羧酸化合物具有下式：
Figure FDA0002230939970000061
或其药学上可接受的盐，其中B是核碱基，任选地包含一个或多个保护基团；
Pg1是胺保护基团；
R2是H、D或C1-C4烷基；
R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure FDA0002230939970000071
Figure FDA0002230939970000081
并且
R9和R10各自独立地选自由以下组成的组：H、D和F；
R16选自H、D和C1-C4烷基；并且
n是从0至10的整数，包括0和10。
27.如权利要求26所述的方法，其中R1选自2,2,2-三氯乙基、2,2-二氯乙基、2-氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2,2-二溴乙基、2-溴乙基和2-碘乙基。
28.如权利要求25至27中任一项所述的方法，其中该还原剂是金属。
29.如权利要求28所述的方法，其中该金属是：(i)锌，(ii)铜，(iii)镁或(iv)金属对，其中“金属对”选自由以下组成的组：a)Zn-Cu，b)Zn-Pb，以及(v)混合稀土金属(MM)。
30.如权利要求26或27所述的方法，其中R1是2,2,2-三溴乙基或2-碘乙基。
31.如权利要求30所述的方法，其中该还原剂是有机膦。
32.如权利要求31所述的方法，其中该有机膦是三正丁基膦，并且R1是2,2,2-三溴乙基。
33.一种试剂盒，该试剂盒包括：a)如权利要求1、2和10中任一项所述的化合物；以及b)(i)说明书，(ii)还原剂；和/或(ii)溶剂。
34.一种式V的化合物或其药学上可接受的盐：
Figure FDA0002230939970000083
其中：Pg1是胺保护基团；
R1是式I的基团；
Figure FDA0002230939970000091
其中，
每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；
R12、R13和R14各自独立地选自H、D、F、Cl、Br和I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；
R2是H、D或C1-C4烷基；
R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure FDA0002230939970000092
Figure FDA0002230939970000101
其中，R16选自H、D和C1-C4烷基；并且
n是从0至10的整数，包括0和10。
35.如权利要求34所述的化合物，其中R16选自由以下组成的组：甲基、乙基和叔丁基，并且n选自1、2、3和4。
36.如权利要求34至35中任一项所述的化合物，其中R2是H、D或甲基。
37.如权利要求34至35中任一项所述的化合物，其中R2是H或甲基，R16是甲基或叔丁基，并且n是1、2、3或4。
38.如权利要求34所述的化合物，其中R2是H、D或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D，R16是甲基或叔丁基，并且n是1、2、3或4；
R3、R4、R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且
R3、R4、R5和R6中的另一些是H或D。
39.如权利要求34所述的化合物，其中R2是H、D或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D，R16是甲基或叔丁基，并且n是1、2、3或4；
R3和R4之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且
R3和R4中的另一个是H或D。
40.如权利要求34所述的化合物，其中R2是H或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D，R3或R4之一是式IIIaa或IIIab的基团：
Figure FDA0002230939970000111
并且R3和R4中的另一个是H或D，其中，n是0、1、2、3或4，并且R16是H、甲基或叔丁基。
41.如权利要求34、38、39或40中任一项所述的化合物，其中Pg1选自由以下组成的组：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。
42.如权利要求34、38、39或40中任一项所述的化合物，其中Pg1选自由以下组成的组：Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
43.如权利要求34、38、39或40中任一项所述的化合物，其中R1是2,2,2-三氯乙基、2,2-二氯乙基、2-氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2,2-二溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。
44.如权利要求34、38、39或40中任一项所述的化合物，其中R1是2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。
45.一种试剂盒，该试剂盒包括：a)如权利要求34、38、39和40中任一项所述的化合物；以及b)(i)说明书；(ii)碱基乙酸；和/或(iii)溶剂。
46.一种式VI的有机盐化合物：
Figure FDA0002230939970000121
其中：Y-是选自由以下组成的组的阴离子：氯离子、溴离子、碘离子、三氟乙酸根、乙酸根和柠檬酸根；
Pg1是胺保护基团；
R1是式I的基团；
Figure FDA0002230939970000122
其中，每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；
R12、R13和R14各自独立地选自H、D、F、Cl、Br和I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；
R2是H、D或C1-C4烷基；
R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure FDA0002230939970000131
Figure FDA0002230939970000141
其中，R16选自H、D和C1-C4烷基；并且
n是从0至10的整数，包括0和10。
47.如权利要求46所述的化合物，其中R16选自由以下组成的组：H、D、甲基、乙基和叔丁基，并且n选自1、2、3和4。
48.如权利要求46至47中任一项所述的化合物，其中R2是H、D或甲基。
49.如权利要求46至47中任一项所述的化合物，其中R2是H或甲基，R16是甲基或叔丁基，并且n是1、2、3或4。
50.如权利要求46所述的化合物，其中R2是H或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D，R16是甲基或叔丁基，并且n是1、2、3或4；
R3、R4、R5和R6之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且
R3、R4、R5和R6中的另一些是H或D。
51.如权利要求46所述的化合物，其中R2是H或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D，R16是甲基或叔丁基，并且n是1、2、3或4；
R3和R4之一独立地选自由以下组成的组：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy和IIIz各自任选地包含保护基团；并且
R3和R4中的另一个是H或D。
52.如权利要求46所述的化合物，其中R2是H或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D，R3或R4之一是式IIIaa或IIIab的基团：
Figure FDA0002230939970000151
并且R3和R4中的另一个是H或D，其中，n是0、1、2、3或4，并且R16是H、甲基或叔丁基。
53.如权利要求46，50、51和52中任一项所述的化合物，其中Pg1选自由以下组成的组：Fmoc、Nsc、Bsmoc、Nsmoc、ivDde、Fmoc*、Fmoc(2F)、mio-Fmoc、dio-Fmoc、TCP、Pms、Esc、Sps和Cyoc。
54.如权利要求46，50、51和52中任一项所述的化合物，其中Pg1选自由以下组成的组：Boc、Trt、Ddz、Bpoc、Nps、Bhoc、Dmbhoc和Floc。
55.如权利要求46，50、51和52中任一项所述的化合物，其中R1是2,2,2-三氯乙基、2,2-二氯乙基、2-氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2,2-二溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。
56.如权利要求46，50、51和52中任一项所述的化合物，其中R1是2,2,2-三氯乙基、2,2,2-三溴乙基、2-溴乙基或2-碘乙基。
57.一种试剂盒，该试剂盒包括：a)如权利要求46、50、51和52中任一项所述的化合物；以及b)(i)说明书；(ii)碱基乙酸；和/或(iii)溶剂。
58.一种形成PNA寡聚物的方法，该方法包括：
a)提供式(II)的PNA单体酯：
Figure FDA0002230939970000152
或其药学上可接受的盐，其中B是核碱基，任选地包含一个或多个保护基团；
Pg1是胺保护基团；
R1是式I的基团；
Figure FDA0002230939970000161
其中，
每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；
R12、R13和R14各自独立地是H、D、F、Cl、Br或I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；
R2是H、D或C1-C4烷基；
R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure FDA0002230939970000171
其中，R9和R10各自独立地选自由以下组成的组：H、D和F；
R16选自H、D和C1-C4烷基；并且
n是从0至10的整数，包括0和10。
b)从该式(II)的PNA单体酯中除去R1以形成PNA单体和释放的保护基团PgY；并且
c)在允许在该PNA单体与具有反应性N-末端的PNA之间形成酰胺键的条件下，使该PNA单体与该具有反应性N-末端的PNA接触；
从而形成PNA寡聚物。
59.如权利要求58所述的方法，该方法进一步包括在步骤c)之前将步骤b)的PNA单体纯化。
60.如权利要求58所述的方法，其中该具有反应性N-末端的PNA通过接头与支持物连接。
61.如权利要求60所述的方法，其中该接头包含共价键。
62.如权利要求60所述的方法，其中该接头包含至少一个PNA单体。
63.如权利要求58所述的方法，该方法包括：从该PNA寡聚物中除去Pg1以形成具有反应性N-末端的PNA寡聚物。
64.如权利要求58所述的方法，其中该释放的保护基团PgY包含烯基。
65.如权利要求64所述的方法，其中该释放的保护基团PgY选自以下的组：二溴乙烯、二氯乙烯、氯乙烯、溴乙烯、碘乙烯和乙烯。
66.如权利要求58所述的方法，该方法包括：提供式(II)的第二PNA单体酯。
67.如权利要求66所述的方法，该方法包括：从该式(II)的第二PNA单体酯中除去R1以形成第二PNA单体。
68.如权利要求67所述的方法，该方法包括：在允许在该第二PNA单体与具有反应性N-末端的PNA寡聚物之间形成酰胺键的条件下，使该第二PNA单体与该包含反应性N-末端的PNA寡聚物接触，从而形成PNA寡聚物。
69.如权利要求68所述的方法，其中允许形成酰胺键的这些条件包括偶联剂(例如，DCC、EDC、HBTU或HATU)。
70.如权利要求66所述的方法，该方法包括：提供式(II)的第三PNA单体酯。
71.如权利要求70所述的方法，该方法包括：从该式(II)的第三PNA单体酯中除去R1以形成第三PNA单体。
72.如权利要求71所述的方法，该方法包括：在允许在该第三PNA单体与具有反应性N-末端的PNA寡聚物之间形成酰胺键的条件下，使该第三PNA单体与该包含反应性N-末端的PNA寡聚物接触，从而形成PNA寡聚物。
73.如权利要求58所述的方法，其中该式(II)的PNA单体酯包含图2中所绘示的核碱基。
74.如权利要求70所述的方法，其中该PNA寡聚物包含至少2、3、4、5个PNA亚基。
75.一种提供PNA单体的纯化制剂的方法，该方法包括：
将释放的保护基团PgY与该PNA单体分离，其中PgY包含烯基，从而提供纯化的PNA单体。
76.如权利要求75所述的方法，其中该释放的保护基团PgY选自以下的组：二溴乙烯、二氯乙烯、氯乙烯、溴乙烯、碘乙烯和乙烯。
77.如权利要求75所述的方法，其中该纯化制剂包含至少1克PNA单体(例如，至少2克、至少3克、至少4克、至少5克、至少10克、至少15克、至少20克、至少30克、至少40克、至少50克、至少75克、至少100克或更多的PNA单体)。
78.如权利要求75所述的方法，其中该纯化制剂包含小于约1克该释放的保护基团PgY(小于0.5克、小于0.1克、小于0.05克、小于0.01克、小于0.005克、或小于0.001克释放的保护基团PgY)。
79.一种提供PNA单体酯的纯化制剂的方法，该方法包括：将核碱基乙酸与该PNA单体酯分离，从而提供纯化的PNA单体酯。
80.如权利要求79所述的方法，其中该纯化制剂包含至少1克PNA单体酯(例如，至少2克、至少3克、至少4克、至少5克、至少10克、至少15克、至少20克、至少30克、至少40克、至少50克、至少75克、至少100克或更多的PNA单体酯)。
81.如权利要求79所述的方法，其中该纯化制剂包含小于约1克该核碱基乙酸(小于0.5克、小于0.1克、小于0.05克、小于0.01克、小于0.005克、或小于0.001克核碱基乙酸)。
82.如权利要求79所述的方法，其中该核碱基乙酸包含核碱基，该核碱基选自由以下组成的组：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫代假异胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤(又称为2,6-二氨基嘌呤)、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、5-氯胞嘧啶、5-溴胞嘧啶、5-碘胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂腺嘌呤、3-脱氮杂鸟嘌呤、3-脱氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂腺嘌呤、5-丙炔基尿嘧啶和2-硫代-5-丙炔基尿嘧啶，包括任何前述项的互变异构形式。
83.一种评估PNA单体制剂的方法，该方法包括：
a)例如通过LCMS或GCMS例如直接或间接地获取释放的保护基团PgY的水平的值；
b)例如通过将该释放的保护基团PgY的水平的值与参考值比较来评估该释放的保护基团PgY的水平；
从而评估该制剂。
84.如权利要求83所述的方法，其中该释放的保护基团PgY包含烯基。
85.如权利要求84所述的方法，其中该释放的保护基团PgY选自以下的组：二溴乙烯、二氯乙烯、氯乙烯、溴乙烯、碘乙烯和乙烯。
86.一种评估PNA单体酯制剂的方法，该方法包括：
a)例如通过LCMS例如直接或间接地获取杂质水平的值；
b)例如通过将该杂质水平的值与参考值比较来评估该杂质水平；
从而评估该制剂。
87.如权利要求86所述的方法，其中该杂质包括核碱基乙酸、碱、或偶联剂。
88.一种方法，该方法包括：
a)提供根据式3的醛化合物：
b)提供根据式15的氨基酸酯盐：
c)在还原条件下使所述醛化合物与所述氨基酸酯化合物反应，从而产生根据式Vb的主链酯化合物：
Figure FDA0002230939970000211
其中，Y-是阴离子；
Pg1是胺保护基团；
R2是H、D或C1-C4烷基；
R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure FDA0002230939970000212
Figure FDA0002230939970000221
其中，R9和R10各自独立地选自由以下组成的组：H、D和F；
每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；
R12、R13和R14各自独立地是H、D、F、Cl、Br或I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；
R16选自H、D和C1-C4烷基；并且
n是从0至10的整数，包括0和10。
89.如权利要求88所述的方法，其中Pg1是Fmoc，R2是H或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D，并且Y-选自由以下组成的组：氯离子、溴离子、碘离子、三氟乙酸根、乙酸根和柠檬酸根。
90.如权利要求88和89中任一项所述的方法，其中R12、R13和R14选自由以下组成的组：(i)R12、R13和R14各自是Cl；(ii)R12、R13和R14各自是Br；(iii)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是Br；并且(iv)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是I。
91.如权利要求88所述的方法，该方法进一步包括：d)将所述式Vb的主链酯与酸混合以形成式VIb的主链酯酸盐：
Figure FDA0002230939970000231
其中，Y-是该酸的阴离子；
Pg1是胺保护基团；
R2是H、D或C1-C4烷基；
R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure FDA0002230939970000232
Figure FDA0002230939970000241
R9和R10各自独立地选自由以下组成的组：H、D和F；
每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；
R12、R13和R14各自独立地是H、D、F、Cl、Br或I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；
R16选自H、D和C1-C4烷基；并且
n是从0至10的整数，包括0和10。
92.如权利要求91所述的方法，其中Pg1是Fmoc，R2是H或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D，并且Y-选自由以下组成的组：氯离子、溴离子、碘离子、三氟乙酸根、乙酸根和柠檬酸根。
93.如权利要求91和92中任一项所述的方法，其中R12、R13和R14选自由以下组成的组：(i)R12、R13和R14各自是Cl；(ii)R12、R13和R14各自是Br；(iii)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是Br；并且(iv)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是I。
94.一种方法，该方法包括：
a)提供根据式Vb的主链酯或根据式VIb的主链酯酸盐：
Figure FDA0002230939970000251
b)提供式IX的核碱基乙酸：
Figure FDA0002230939970000252
c)在有机碱和羧酸活化剂的存在下，将所述核碱基乙酸的羧酸基团活化以产生活化的核碱基乙酸；并且
d)将该式Vb的主链酯或式VIb的主链酯酸盐与所述活化的核碱基乙酸混合，从而形成式IIb的PNA单体酯：
其中，B是核碱基，任选地包含一个或多个保护基团；
Y-是阴离子；
Pg1是胺保护基团；
R2是H、D或C1-C4烷基；
R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：H、D、F、和选自下组的侧链，该组由以下组成：IIIa、IIIb、IIIc、IIId、IIIe、IIIf、IIIg、IIIh、IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、IIIz、IIIaa和IIIab，其中IIIi、IIIj、IIIk、IIIm、IIIn、IIIo、IIIp、IIIq、IIIr、IIIs、IIIt、IIIu、IIIv、IIIw、IIIx、IIIy、和IIIz各自任选地包含保护基团；
Figure FDA0002230939970000262
Figure FDA0002230939970000271
R9和R10各自独立地选自由以下组成的组：H、D和F；
每个R11独立地是H、D、F、C1-C6烷基、C3-C6环烷基或芳基；
R12、R13和R14各自独立地是H、D、F、Cl、Br或I，但是条件是R12、R13和R14中的至少一个选自Cl、Br和I；
R16选自H、D和C1-C4烷基；并且
n是从0至10的整数，包括0和10。
95.如权利要求94所述的方法，其中该核碱基B独立地选自由以下组成的组：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫代假异胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤、2-氨基腺嘌呤(又称为2,6-二氨基嘌呤)、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、5-氯尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶、5-氯胞嘧啶、5-溴胞嘧啶、5-碘胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂腺嘌呤、3-脱氮杂鸟嘌呤、3-脱氮杂腺嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂鸟嘌呤、7-脱氮杂-8-氮杂腺嘌呤、5-丙炔基尿嘧啶和2-硫代-5-丙炔基尿嘧啶，包括任何前述项的互变异构形式。
96.如权利要求95和96中任一项所述的方法，其中Pg1是Fmoc，R2是H或甲基，R9和R10各自是H，每个R11独立地是H或D，并且Y-选自由以下组成的组：氯离子、溴离子、碘离子、三氟乙酸根、乙酸根和柠檬酸根。
97.如权利要求95和96中任一项所述的方法，其中R12、R13和R14选自由以下组成的组：(i)R12、R13和R14各自是Cl；(ii)R12、R13和R14各自是Br；(iii)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是Br；并且(iv)R12、R13和R14中的两个是H并且R12、R13和R14中的另一个是I。
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