DD211553A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF 4-AZIDO-CINEMA-AEURESUCCINIMIDYLESTER - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 4-Azido-zimtsaeuresuccinimidylester der Formel, der als photoaktivierbarer heterobifunktioneller Crosslinker fuer die verschiedensten molekularbiologischen Problemstellungen eingesetzt werden kann. Die Erfindung hat das Ziel, einen heterobifunktionellen Crosslinker zur Verfuegung zu stellen, der leicht und selektiv mit biologisch aktiven Molekuelen wie Proteinen und Nukleinsaeuren unter Quervernetzung reagiert. Das erfindungsgemaesse Verfahren zur Herstellung von 4-Azido-zimtsaeuresuccinimidylester ist dadurch gekennzeichnet, dass man 4-Azido-zimtsaeure mit N-Hydroxysuccinimid in Gegenwart eines geeigneten Acylierungskatalysators wie Dicyclohexylcarbodiimid in einem aprotischen Loesungsmittel bei 0-25 Grad C umsetzt.The invention relates to a process for the preparation of 4-azido-cinnamic acid succinimidyl ester of the formula which can be used as a photoactivatable heterobifunctional crosslinker for a wide variety of molecular biological problems. The object of the invention is to provide a heterobifunctional crosslinker which reacts easily and selectively with biologically active molecules such as proteins and nucleic acids with cross-linking. The novel process for the preparation of 4-azido-cinnamic acid succinimidyl ester is characterized in that 4-azido-cinnamic acid is reacted with N-hydroxysuccinimide in the presence of a suitable acylation catalyst such as dicyclohexylcarbodiimide in an aprotic solvent at 0-25 ° C.
Description
Dr. C. LindigDr. C. Lindig
H. ScheerH. Scheer
Dr. P. WestermannDr. P. Westermann
"Verfahren zur Herstellung von 4-Azido-zirotsäuresuccinimidylester""Process for the preparation of 4-azido-zirconic acid succinimidyl ester"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des 4-Azido-zimtsäuresuccinimidylesters der FormelThe invention relates to a process for the preparation of the 4-azido-cinnamic acid succinimidyl ester of the formula
Il -CH=CH-C-O-NIl -CH = CH-C-O-N
der als photoaktivierbarer heterobifunktioneller Crosslinker für die verschiedensten molekularbiologischen Problemstellungen eingesetzt werden kann.which can be used as photoactivatable heterobifunctional crosslinker for a variety of molecular biological problems.
Der Einsatz von Crosslinkern für systematische Untersuchungen der strukturellen und funktionellen Eigenschaften verschiedener komplexer molekularbiologischer Systeme erfuhr in den letzten Oahren eine beträchtliche Intensivierung· Chemische Vernetzungsreagenzien mit definierter Ausdehnung und spezifischer Geometrie wurden als Sonden zur Bestimmung der Quartärstruktur von Protein- und Ribonukleoproteinkomplexen eingesetzt und dienten zur Aufklärung der räumlichen Anordnung und Kontaktflächen der einzelnen Proteine in Multi-Enzym-Komplexen, in Membraηpräparationen oder anderen Molekülassoziaten wie Ribosomen und Viruspartikeln« Die Anwendung wurde auf die Markierung von Oberflächenrezeptoren für makromolekulare Liganden erweitert. Durch Kopplung photoaktivierbarer, heterobifunktioneller Reagenzien an makromolekulare LigandenThe use of cross-linkers for systematic investigations of the structural and functional properties of various complex molecular biology systems has undergone significant intensification in recent years. · Chemical crosslinking reagents of defined extension and specific geometry have been used as probes to determine the quaternary structure of protein and ribonucleoprotein complexes and have been used for elucidation The spatial arrangement and contact surfaces of the individual proteins in multi-enzyme complexes, in membrane preparations or other molecular associates such as ribosomes and virus particles. "The application has been extended to the labeling of surface receptors for macromolecular ligands. By coupling photoactivatable, heterobifunctional reagents to macromolecular ligands
._ Λ Α Λ #. Γ» rt Λ -4._ Λ Α Λ #. Γ »rt Λ -4
über die nicht photosensitive chemisch reaktive Gruppe wurden photoreaktive Derivate von Liganden erhalten, die nach der Bindung an den Rezeptor durch Photoaktivierung niit demselben vernetzt wurden·photoreactive derivatives of ligands were obtained via the non-photosensitive, chemically reactive group, which were crosslinked after binding to the receptor by photoactivation with the same.
Neueste Aspekte der Vernetzungstechnik ergeben sich auf dem Gebiet der verschiedenen Enzyra-Immuno-Assays in der medizinischen Diagnostik durch Kopplung von Enzymen an Antikörper sowie bei der Herstellung tumorspezifischer potentieller therapeutischer Agenzien durch Konjugation selektiv cytotoxischer Proteine mit raonoklonalen Antikörpern gegen tutnorassoziierte Antigene,Recent aspects of crosslinking technology have arisen in the field of various Enzyra immunoassays in medical diagnostics by coupling enzymes to antibodies as well as producing tumor-specific potential therapeutic agents by conjugating selectively cytotoxic proteins with raonoclonal antibodies against tumor-associated antigens,
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Auf Grund der zunehmenden Bedeutung für die molekularbiologische Forschung wurden in den letzten Oahren die Synthese und Anwendung einer Reihe von heterobifunktionellen Reagenzien als Crosslinker mit zum Teil sehr spezieller Zielstellung beschrieben (Übersichten vgl» K» PETERS u. F. M. RICHARDS, Ann. Rev. Biochera. 46, 523 (1977) sowie M. DAS u. C. F. FOX, Ann. Rev. Biophys· Bioeng. _8, 165 (1979)). Bekannt ist u. a. N-succinimidyl«6-(4'-azido-21-nitrophenylamino)hexanoat, das wegen seiner langen und flexiblen Spacergruppe für verschiedene Zielstellungen allerdings nicht geeignet ist. Ober die Synthese des 4-Azido-zisntsäuresuccinisnidylesters und dessen Anwendung als heterobifunktioneller Crosslinker gibt es bislang keine Angaben· Characteristic of the Known Technical Solutions Due to the increasing importance for molecular biological research, the synthesis and application of a number of heterobifunctional reagents as crosslinkers with partly very specific goals has been described in recent years (for reviews see »K» PETERS and FM RICHARDS, Ann Rev. Biochera., 46, 523 (1977) and M. Das and CF Fox, Ann. Rev. Biophys · Bioeng., 8, 165 (1979)). N-succinimidyl 6- (4'-azido-2 1 -nitrophenylamino) hexanoate, which is unsuitable for various purposes because of its long and flexible spacer group, is known, however. The synthesis of the 4-azido-zisntsäuresuccinisnidylesters and its application as a heterobifunctional crosslinker there is no information so far ·
Die Erfindung hat das Ziel, einen heterobifunktionellen Crosslinker zur Verfugung zu stellen, der leicht und selektiv mit biologisch aktiven Molekülen wie Proteinen und Nukleinsäuren unter Quervernetzung reagiert. Die an einen solchen Crosslinker zu stellenden Anforderungen sind folgende:The object of the invention is to provide a heterobifunctional crosslinker which reacts easily and selectively with biologically active molecules such as proteins and nucleic acids with cross-linking. The requirements to be met by such a crosslinker are as follows:
1.) Die beiden funktionellen Gruppen sollten sich in den .1.) The two functional groups should be in the.
Reaktivitäten soweit unterscheiden, daß eine kontrollierte aufeinanderfolgende Umsetzung für jede Gruppe möglich ist;Distinguish reactivities to the extent that a controlled sequential implementation for each group is possible;
2.) zwischen den funktionellen Gruppen sollte eine mittlere optimale Distanz von etwa 10 R durch einen geeigneten» möglichst inflexiblen Spacer programmiert sein; 3.) die Umsetzung sollte unter möglichst schonenden Bedingungen erfolgen» so daß die ursprünglichen biologischen Aktivitäten der zu vernetzenden Biomakromoleküle nach der Konjugation weitgehend erhalten bleiben;2.) between the functional groups, a mean optimal distance of about 10 R should be programmed by a suitable inflexible spacer as possible; 3.) the reaction should be carried out under as gentle conditions as possible so that the original biological activities of the biomacromolecules to be crosslinked are largely retained after conjugation;
4.) überschüssiges Reagens muß nach der Umsetzung leicht entfernbar sein.4.) excess reagent must be easily removable after reaction.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für einen Crosslinker mit den genannten Eigenschaften zu entwackeln.The object of the invention is to decouple a production method for a crosslinker with the properties mentioned.
Die genannten Anforderungen an den srfindungsgemäß zu entwikkelnden Crosslinker werden von der bisher nicht bekannten Verbindung ^-Azido-ziintsäuresuccinimidylester erfüllt. Für den Ester wird im folgenden die Abkürzung SAC (von jSucciniraidyl-4-azido-£innamat abgeleitet) verwendet. Die Succinimidooxycarbonylgruppe acyliert freie primäre und sekundäre aliphatische Aminogruppen sowohl in organischen als auch in wäßrigen Medien innerhalb weniger Minuten bei Raumtemperatur quantitativ·· Die Azidophenylgruppe vereinigt als photoaktivierbare Gruppe zwei Eigenschaften: Sie ist chemisch völlig inert und ermöglicht somit die Entfernung von überschüssigem Reagens nach Modifizierung der ersten Komponente. Erst nach Photolyse durch Bestrahlung mit langwelligem UV-Licht reagiert die Azidophenylgruppe unter Bildung eines reaktiven Phenylnitrens. Dieses reagiert unspezifisch und be-The above-mentioned requirements for the crosslinker to be developed according to the invention are met by the hitherto unknown compound ^ -azido-cinnamic acid succinimidyl ester. For the ester, the abbreviation SAC (derived from jSucciniraidyl-4-azido-innatamate) is used below. The succinimidooxycarbonyl group quantitatively accepts free primary and secondary aliphatic amino groups in both organic and aqueous media at room temperature within a few minutes ·· The azidophenyl group, as a photoactivatable group, has two properties: it is completely inert chemically, thus allowing the removal of excess reagent after modification of the first component. Only after photolysis by irradiation with long-wave UV light does the azidophenyl group react to form a reactive phenylnitrene. This reacts nonspecifically and
nötigt daher für die Vernetzung der modifizierten Komponente keine spezielle funktioneile Gruppe im Bindungsareal der zweiten Komponente·therefore does not require a special functional group in the binding area of the second component for the crosslinking of the modified component.
Die Verknüpfung der beiden funktionellen Gruppen durch eine Vinylengruppe ergibt die angestrebte wenig veränderliche Geometrie mit einem Abstand der funktionellen Gruppen zwischen 8,8 und 9,2 Angström.The linking of the two functional groups by a vinyl group results in the desired little variable geometry with a distance of the functional groups between 8.8 and 9.2 Angstrom.
Das erfindungsgeraäße Herstellungsverfahren von SAC ist dadurch gekennzeichnet, daß man 4-Azido-zimtsäure# die für diesen Zweck in besonders reiner Form vorliegen muß, mit N-Hydroxysuccinimid in Gegenwart eines geeigneten Acylierungs· katalysators wie Dicyclohexylcarbodiijnid in einem geeigneten aprotischen Lösungsmittel wie Tetrahydrofuran, Dimethylformamid, Acetonitril oder Dichlormethan, vorzugsweise Tetrahydrofuran, bei Temperaturen zwischen O und 25 0C, vorzugsweise bei 0 0C,, umsetzt und das gebildete SAC nach Entfernung des Dicyclohexylharnstoffs nach an sich bekannten Verfahren durch Umkristallisieren aus einem geeigneten Lösungsmittel, vorzugsweise Aceton, reinigt. Alle Operationen werden unter gedämpftem Rotlicht durchgeführt.The preparation process of SAC according to the invention is characterized in that 4-azido-cinnamic acid # must be present in a particularly pure form for this purpose, with N-hydroxysuccinimide in the presence of a suitable acylation catalyst such as dicyclohexylcarbodiimide in a suitable aprotic solvent such as tetrahydrofuran, dimethylformamide , Acetonitrile or dichloromethane, preferably tetrahydrofuran, at temperatures between 0 and 25 0 C, preferably at 0 0 C ,, and the formed SAC after removal of Dicyclohexylharnstoffs by known methods by recrystallization from a suitable solvent, preferably acetone, purified. All operations are performed under dim red light.
Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von SAC in guten Ausbeuten und hoher Reinheit.The process enables the production of SAC in good yields and high purity.
Das erfindungsgetnäß hergestellte SAC ist in der Lage, nach der Reaktion mit ribosoraalen Proteinen diese miteinander und mit ribosomaler RNS zu vernetzen, wenn die Azidogruppe durch UV-Licht im Bereich 300 - 400 nm aktiviert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend näher erläutert werden.The SAC prepared according to the invention is capable of crosslinking with each other and with ribosomal RNA after reaction with ribosalar proteins when the azido group is activated by UV light in the range 300-400 nm. The inventive method will be explained in more detail below.
l#0 g (5,28 mMol) durch Umkristallisieren aus Essigester sorgfältig gereinigte 4-Azido-zimtsäure und 0,608 g (5,28 inMol) N-Hydroxysucciniraid werden in 20 ml absolutem Tetrahydrofuran unter Feuchtigkeitsausschluß (Argon)Carefully purified 4-azido-cinnamic acid and 0.608 g (5.28 mmol) of N-hydroxysucciniride are dissolved in 20 ml of absolute tetrahydrofuran, with exclusion of moisture (argon), of 1 0 g (5.28 mmol) by recrystallization from ethyl acetate.
suspendiert. Nach Abkühlen der Suspension auf O 0C werden unter Rühren 1,2 g (5,81 mMol) Dicyclohexylcarbodiimid in 5 ml absolutem Tetrahydrofuran zugegeben. Nach 15 Minuten wird der Ansatz aus dem Eisbad herausgenommen und bis zur vollständigen Umsetzung bei Raumtemperatur weitergerührt. Dann wird der ausgefallene Dicyclohexylharnstoff durch Filtration abgetrennt und das Filtrat am Vakuum-Rotationsverdampfer zur Trockene gebracht. Umkristallisieren des Rückstands aus Aceton-Heptan liefert 1,25 g (83 % d.Th.) SAC vom Schmp. 141 - 143 0C. IR-Spektrumj 1595 (C=C Phenylrest), 1623 (C=C konj♦ Doppelbindung)^ 1733 (C=O konj.-unges. Ester) und 2120 cm" (N=N-Valenzschwingung). Massenspektrum (hochai löst) : 286 = M+, 258 = M - H2, 172 = N3-C5H4- CH=CH-CO''' * suspended. After cooling the suspension to 0 ° C., 1.2 g (5.81 mmol) of dicyclohexylcarbodiimide in 5 ml of absolute tetrahydrofuran are added with stirring. After 15 minutes, the batch is removed from the ice bath and stirred until complete reaction at room temperature. Then, the precipitated dicyclohexylurea is separated by filtration and the filtrate brought to dryness on a rotary vacuum evaporator. Recrystallization of the residue from acetone-heptane gives 1.25 g (83% of theory) of mp SAC 141 -. 143 0 C. IR Spektrumj 1595 (C = C phenyl), 1623 (C = C double bond conj ♦) ^ 1733 (C = O conc.-unsaturated ester) and 2120 cm -1 (N = N stretching vibration). Mass spectrum (Hochai solves): 286 = M + , 258 = M - H 2 , 172 = N 3 -C 5 H 4 - CH = CH-CO ''' *
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4014540A1 (en) * | 1990-05-07 | 1991-11-14 | Klaus Dr Tschaikowsky | Immune conjugates for prophylaxis and treatment of organ damage - caused by inflammation, esp. sepsis, contain monoclonal antibody, crosslinker and enzyme inhibitor of protein kinase C or calcium antagonist |
WO2007035080A1 (en) * | 2005-09-21 | 2007-03-29 | Universiteit Van Amsterdam | Novel cross-linkers for obtaining structure information on molecule complexes |
-
1982
- 1982-11-19 DD DD24503382A patent/DD211553A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4014540A1 (en) * | 1990-05-07 | 1991-11-14 | Klaus Dr Tschaikowsky | Immune conjugates for prophylaxis and treatment of organ damage - caused by inflammation, esp. sepsis, contain monoclonal antibody, crosslinker and enzyme inhibitor of protein kinase C or calcium antagonist |
WO2007035080A1 (en) * | 2005-09-21 | 2007-03-29 | Universiteit Van Amsterdam | Novel cross-linkers for obtaining structure information on molecule complexes |
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