CN115976655A - On-DNA酰肼化合物的合成方法、DNA编码化合物库 - Google Patents
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Abstract
本发明属于DNA编码化合物库技术领域，具体涉及一种On‑DNA酰肼化合物的合成方法、DNA编码化合物库。本发明所提供的合成方法包括：提供如通式（Ⅰ）所示的On‑DNA四唑化合物以及如通式（Ⅱ）所示的羧酸类化合物；将On‑DNA四唑化合物、羧酸类化合物在含有水的溶剂体系中并在紫外光光照条件下进行反应，获得如通式（Ⅲ）所示的On‑DNA酰肼化合物。该合成方法具有底物普适性好、条件温和、成本低、操作方便、收率高等优点，对DNA破坏小，适合于构建DNA编码化合物库，丰富DEL库类型，有利于促进On‑DNA酰肼化合物的药物开发。
Description
技术领域
本发明属于DNA编码化合物库技术领域，具体涉及一种On-DNA酰肼化合物的合成方法、DNA编码化合物库。
背景技术
DNA编码化合物库（DNA-Encoded Library，简称DEL）技术是一种新兴的小分子药物筛选技术，它将DNA技术与组合化学结合，可以高效地构建含亿级容量的化合物库，而且，在筛选过程中，DEL可同时对多个或同一靶标的多个条件进行筛选。与传统高通量筛选相比，DEL无论在化合物库容量、建库难度以及筛选耗时、耗费上都有巨大优势。
DNA编码化合物库技术在具有明显的速度、规模和成本优势的同时，也暴露出一些不足之处，如分子量相对偏大、DNA兼容的化学反应类型不够丰富、结构多样性不足、建库试剂的多样性不足，其中化学反应类型不够丰富成为制约DNA编码化合物库技术进一步发展的关键因素，目前可应用于DNA编码化合物库技术的成熟有机合成反应十分有限，最常使用的成键化学反应有：形成酰胺键反应、还原氨化、芳香亲核取代、Suzuki偶联反应、Sonogashira偶联反应、Heck偶联反应、Buchwald偶联反应、Ullmann偶联反应等(https://delopen.org/reactions)。可以说，在其他情况一样的情况下，On-DNA化学反应的种类越多，条件越丰富，普适性越好，在DNA编码化合物库的设计时的选择性才越多，最终DNA编码化合物库的合成成功率才越高，得到的 DNA编码化合物库的多样性才越丰富，筛选出活性药物分子的几率就越高，故拓宽DEL库构建的化学反应类型是推动DNA编码化合物库技术进一步发展的重要内容。
酰肼类化合物广泛存在于天然产物和药物分子的结构中，具有重要的生物活性和药用价值。然而，在DNA编码化合物库的构建中，关于On-DNA-酰肼化合物的合成方法目前未见报道，为此，我们希望开发一种简便、快捷的方法，用来合成On-DNA酰肼化合物。一方面，该研究可以丰富DEL库构建的化学反应类型，另一方面，该研究可以促进人们认识酰肼结构的药物化学性质。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种on-DNA酰肼化合物的合成方法，以将其应用于构建DNA编码化合物库，丰富DEL库构建的化学反应类型，并促进酰肼化合物的药物开发。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种On-DNA酰肼化合物的合成方法，该合成方法包括：
提供如通式（Ⅰ）所示的On-DNA四唑化合物以及如通式（Ⅱ）所示的羧酸类化合物：
将所述On-DNA四唑化合物、所述羧酸类化合物在含有水的溶剂体系中并在紫外光光照条件下进行反应，获得如通式（Ⅲ）所示的On-DNA酰肼化合物：
其中，
为DNA；
R1选自烷基、芳基、杂环基中的一种，所述芳基和所述杂环基上的取代基各自独立的选自H、C1-C6烷基、C1-C6环烷基、卤素、烷氧基、三氟烷基、醛基、酯基、酰胺基、氰基中的至少一种；
R2选自烷基、芳基、杂环基中的一种，所述芳基和所述杂环基上的取代基各自独立的选自H、C1-C6烷基、C1-C6环烷基、卤素、烷氧基、三氟烷基、醛基、酯基、酰胺基、氰基中的至少一种；
R3选自烷基、环烷基、芳基、杂环基、-(R4)m-(R5)n-(R6)x-(R7)y-(R8)w中的一种，R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自烷基、环烷基、芳基、杂环基、胺基、酯基中的一种，m、n、x、y和w不同时为0，且所述芳基和所述杂环基上的取代基各自独立的选自H、羧基、卤素、羟基、烷基、烷氧基、三氟烷基、氨基、酯基、酰胺基、硝基、氰基、苯基、硫烷基中的一种或多种。
一些实施例中，所述杂环基选自噻吩、呋喃、吡咯、吡唑、吡啶、噻唑、吡啶并吡咯、四氢吡咯、四氢呋喃、四氢咪唑、哌啶、哌嗪、氧代四氢咪唑中的一种。
一些实施例中，所述R4选为烷基或环烷基，所述R5选为胺基，所述R6选为酯基，所述R7选为烷基或环烷基，所述R8选为芳基，且m、n、x、y和w各自独立地选自1-3以内的整数；或
所述R4选为烷基或环烷基，所述R8选为芳基，m和w各自独立地选自1-3以内的整数，且n、x、y为0；或
所述R4选为烷基或环烷基，所述R8选为杂环基，m和w各自独立地选自1-3以内的整数，且n、x、y为0。
一些实施例中，所述On-DNA酰肼化合物选自以下任一种化合物：
本发明进行反应的反应溶剂为含有水的溶剂体系，主要为有机溶剂与含水溶剂混合形成的溶剂体系，含水溶剂可以是水，也可以是以水为溶剂制得的缓冲液。
一些实施例中，所述溶剂体系主要由有机溶剂和缓冲液组成，所述有机溶剂和所述缓冲液的体积比为(1：2) - (7：3)。
一些实施例中，所述有机溶剂包括二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈、甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、叔丁醇、异丙醇中的至少一种；和/或
所述缓冲液选自pH5.0的磷酸盐缓冲液、pH5.2醋酸钠缓冲液、pH6.0的磷酸盐缓冲液、碳酸钾溶液中的至少一种。
一些实施例中，所述紫外光的波长为254-365纳米。
一些实施例中，所述反应的时间为1-60分钟；和/或
所述反应的温度为10℃-50℃。
一些实施例中，所述On-DNA四唑化合物和所述羧酸类化合物的当量比为1 :(500-25000)；和/或
所述On-DNA四唑化合物的反应浓度为10-100μmol/L。
本发明提供的以上On-DNA酰肼化合物的合成方法中，通过将On-DNA四唑化合物、羧酸类化合物在含有水的溶剂体系中并在紫外光光照条件下进行反应，通过优化各个反应条件，成功合成了一系列On-DNA酰肼化合物。
本发明所提供的合成方法具有底物普适性好、条件温和、成本低、操作方便、收率高等优点，对DNA破坏小，适合于构建DNA编码化合物库，丰富DEL库类型，有利于促进On-DNA酰肼化合物的药物开发。
在以上技术方案的基础上，本发明还提供了一种DNA编码化合物库，包括：上述合成方法得到的On-DNA酰肼化合物。
具体实施方式
在本发明的描述中，所涉及的化合物及其衍生物均是按照IUPAC（国际纯粹与应用化学联合会）或CAS（化学文摘服务社，位于俄亥俄州哥伦布市）命名系统命名的，具体涉及到的化合物基团作如下阐述与说明：
“烷基”指的是一类仅含有碳、氢两种原子的饱和链状烃基，具有直链碳链和/或支链碳链，包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、己基等。本发明中，烷基的碳原子个数优选为1-6，在一些具体的实施方式中，烷基的碳原子个数为1、2、3、4、5或6。
“环烷基”指的是一类分子中含有单环、联环、稠环、螺环和桥环等环状结构的饱和烃基，包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。本发明中，环烷基的碳原子个数优选为3-6，在一些具体的实施方式中，环烷基的碳原子个数为3、4、5或6。
“烷氧基”指的是一类与氧原子直接键合的烷基，包括但不限于如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基等。本发明中，烷氧基的碳原子个数优选为1-6，在一些具体的实施方式中，所述烷氧基的碳原子个数为1、2、3、4、5或6。
“芳基”是指任何从简单芳香环衍生出的官能团或取代基，可表现为单环或多环，包括但不限于苯基、萘基、菲基、蒽醌等。取代芳基中的取代基可选择为C1～6烷基、C1～6环烷基、羟基、卤素、烷氧基、三氟甲基、氨基、醛基、酯基、酰胺基、氰基等。
“苯基”指的是一类以苯环为官能团的基团，例如C6H5-，该苯基可为取代苯或非取代苯。本发明的苯基可为非取代苯基或取代苯基，取代苯基中的取代基可选择为C1～6烷基、C1～6杂烷基、C1～6环烷基、C1～6杂环烷基、羟基、卤素、烷氧基、三氟甲基、氨基、醛基、酯基、酰胺基、氰基等。
“杂环基”指的是一类环状结构中含有N、O、S、P等杂原子的基团，包括脂杂环和芳杂环，包括但不限于噻吩、呋喃、吡咯、吡唑、吡啶、噻唑、吡啶并吡咯、氧代四氢咪唑等。
“酰胺基”指的是一类含有酰胺键的基团。
“卤素”指的是元素周期表中VIIA族元素，包括氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）等元素。
“胺基”指的是NH2-中至少一个氢原子被取代后形成的基团。
“羟基”指的是一类仅由O、H组成的基团，表示为-OH。
“氰基”指的是一类仅由C、N组成的基团，表示为-CN。
“硝基”指的是一类由N、O组成的基团，表示为-NO2。
“酯基”指的是一类含有酯键的基团。
“醛基”指的是一类由羰基碳和氢相连形成的基团，表示为-CHO。
“三氟烷基”指的是3个氢原子被氟原子取代的烷基，例如-CF3。
为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例On-DNA酰肼化合物的合成方法、DNA编码化合物库的进步性能显著地体现，以下通过实施例对本发明的实施进行举例说明。
以下实施例中，HATU ：2-(7-偶氮苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，DMSO：二甲基亚砜，DMA：N,N-二甲基乙酰胺，DMF：N,N-二甲基甲酰胺，ACN：乙腈，MeOH：甲醇，EtOH：乙醇，HPLC：高效液相色谱仪，MS：质谱仪，LC - MS：液相色谱质谱联用仪，h：小时，min：分钟。
实施例1
1、On-DNA四唑化合物3的合成
将DNA-NH2化合物1溶于硼酸盐缓冲液（250mM, pH = 9.4）中，配制成终浓度为1.0mM的化合物1溶液，使用HATU作为缩合剂，加入化合物2进行On-DNA四唑化合物3的合成反应，该反应完成后，采用乙醇进行沉淀处理，HPLC纯化并MS检测后，将目标产物（On-DNA四唑化合物3)，冷冻干燥后直接用于下一步的反应。
2、On-DNA酰肼化合物5的合成
1）将On-DNA四唑化合物3溶于超纯水中，配制成浓度为50 μM的On-DNA四唑化合物3水溶液；
2）在EP管中依次加入pH5.0的磷酸缓冲液（5 μL, 250 mM）、On-DNA四唑化合物3水溶液（4 μL, 50 μM）、11 μL N,N-二甲基甲酰胺、化合物4溶液 (10 μL，500 mM，采用N,N-二甲基甲酰胺溶解)，在25℃下用302 nm紫外光光照10分钟以进行反应，反应完成后乙醇沉淀处理，LC-MS确认每个On-DNA酰肼化合物的转化率。
表1为代表性On-DNA酰肼化合物5的化学结构及其转化率和分子量数据。
表1
实施例2
本实施例参考实施例1的方法，进一步探究了底物比例、反应时间、反应溶剂体系、光源对反应产率的影响。
表2为探究结果，如结果所示，底物比例、反应时间、反应溶剂体系、光源对反应产率均存在不同程度的影响。
其中，编号1-4的反应探究了不同底物比例（四唑化合物3-1和化合物4-1的当量比）对反应产率的影响，当四唑化合物3-1和化合物4-1的当量比为1:25000时的转化率最高。编号4-8的反应探究了不同反应时间对反应产率的影响，当反应时间为10min时的转化率最高。编号8-10的反应探究了有机溶剂和缓冲液的体积比对反应产率的影响，当有机溶剂和缓冲液的体积比为7:3时的转化率最高。编号10-13的反应探究了缓冲液种类对反应产率的影响，当缓冲液为pH 5.0磷酸缓冲液时的转化率最高。编号14-18的反应探究了有机溶剂种类对反应产率的影响，当有机溶剂为DMF时的转化率最高。编号18-22的反应探究了光源对反应产率的影响，当光源为302nm时的转化率最高。
表2
| 编号 | 当量比 (DNA-四唑:羧酸) | 时间 | 有机溶剂:缓冲液 | 缓冲液(250 mM) | 有机溶剂 | 光源 | 转化率 |
| 1 | 1:500 | 1 min | 1:2 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 18% |
| 2 | 1:2,500 | 1 min | 1:2 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 21% |
| 3 | 1:5,000 | 1 min | 1:2 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 29% |
| 4 | 1:25,000 | 1 min | 1:2 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 33% |
| 5 | 1:25,000 | 2 min | 1:2 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 35% |
| 6 | 1:25,000 | 3 min | 1:2 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 38% |
| 7 | 1:25,000 | 5 min | 1:2 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 41% |
| 8 | 1:25,000 | 10 min | 1:2 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 45% |
| 9 | 1:25,000 | 10 min | 1:1 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 43% |
| 10 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 50% |
| 11 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 6.0磷酸缓冲液 | DMSO | 302 nm | 41% |
| 12 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.2醋酸钠缓冲液 | DMSO | 302 nm | 47% |
| 13 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | 碳酸钾溶液 | DMSO | 302 nm | 39% |
| 14 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMA | 302 nm | 50% |
| 15 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | ACN | 302 nm | 54% |
| 16 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | MeOH | 302 nm | 66% |
| 17 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | EtOH | 302 nm | 63% |
| 18 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMF | 302 nm | 70% |
| 19 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMF | 254 nm | 57% |
| 20 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMF | 365 nm | 3% |
| 21 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMF | 390 nm | 0% |
| 22 | 1:25,000 | 10 min | 7:3 | pH 5.0磷酸缓冲液 | DMF | LED | 0% |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种On-DNA酰肼化合物的合成方法，所述合成方法包括：
提供如通式（Ⅰ）所示的On-DNA四唑化合物以及如通式（Ⅱ）所示的羧酸类化合物：
将所述On-DNA四唑化合物、所述羧酸类化合物在含有水的溶剂体系中并在紫外光光照条件下进行反应，获得如通式（Ⅲ）所示的On-DNA酰肼化合物：
其中，
为DNA；
R1选自烷基、芳基、杂环基中的一种，所述芳基和所述杂环基上的取代基各自独立的选自H、C1-C6烷基、C1-C6环烷基、卤素、烷氧基、三氟烷基、醛基、酯基、酰胺基、氰基中的至少一种；
R2选自烷基、芳基、杂环基中的一种，所述芳基和所述杂环基上的取代基各自独立的选自H、C1-C6烷基、C1-C6环烷基、卤素、烷氧基、三氟烷基、醛基、酯基、酰胺基、氰基中的至少一种；
R3选自烷基、环烷基、芳基、杂环基、-(R4)m-(R5)n-(R6)x-(R7)y-(R8)w中的一种，R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自烷基、环烷基、芳基、杂环基、胺基、酯基中的一种，m、n、x、y和w不同时为0，且所述芳基和所述杂环基上的取代基各自独立的选自H、羧基、卤素、羟基、烷基、烷氧基、三氟烷基、氨基、酯基、酰胺基、硝基、氰基、苯基、硫烷基中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述杂环基选自噻吩、呋喃、吡咯、吡唑、吡啶、噻唑、吡啶并吡咯、四氢吡咯、四氢呋喃、四氢咪唑、哌啶、哌嗪、氧代四氢咪唑中的一种。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述R4选为烷基或环烷基，所述R5选为胺基，所述R6选为酯基，所述R7选为烷基或环烷基，所述R8选为芳基，且m、n、x、y和w各自独立地选自1-3以内的整数；或
所述R4选为烷基或环烷基，所述R8选为芳基，m和w各自独立地选自1-3以内的整数，且n、x、y为0；或
所述R4选为烷基或环烷基，所述R8选为杂环基，m和w各自独立地选自1-3以内的整数，且n、x、y为0。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述On-DNA酰肼化合物选自以下任一种化合物：
5.根据权利要求1至4任一项所述的合成方法，其特征在于，所述溶剂体系主要由有机溶剂和缓冲液组成，所述有机溶剂和所述缓冲液的体积比为(1：2) - (7：3)。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述有机溶剂包括二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈、甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、叔丁醇、异丙醇中的至少一种；和/或
所述缓冲液选自pH5.0的磷酸盐缓冲液、pH5.2醋酸钠缓冲液、pH6.0的磷酸盐缓冲液、碳酸钾溶液中的至少一种。
7.根据权利要求1至4任一项所述的合成方法，其特征在于，所述紫外光的波长为254-365纳米。
8.根据权利要求1至4任一项所述的合成方法，其特征在于，所述反应的时间为1-60分钟；和/或
所述反应的温度为10℃-50℃。
9.根据权利要求1至4任一项所述的合成方法，其特征在于，所述On-DNA四唑化合物和所述羧酸类化合物的当量比为1 : (500-25000)；和/或
所述On-DNA四唑化合物的反应浓度为10-100μmol/L。
10.一种DNA编码化合物库，其特征在于，包括：由权利要求1至9任一项所述的合成方法得到的On-DNA酰肼化合物。
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