DE10333368B4 - Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendungen - Google Patents

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Abstract

Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial mit einer polymeren Oberfläche und mindestens einer an dieser kovalent gebundenen Linkerverbindung gemäß der allgemeinen Formeln (1) bis (16)
Figure 00000001
in der P die polymere Oberfläche bedeutet, n die Bedeutung 1 bis 12 hat, R1 und R2 unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe bedeuten und L ein Spacer bedeutet, der die Linkerverbindung mit der polymeren Oberfläche verknüpft.

Description

  • Die Erfindung betrifft oberflächenfunktionalisierte Trägermaterialien mit jeweils einer polymeren Oberfläche und mindestens einer an dieser kovalent gebundenen Linkerverbindung. Derartige Materialien können zur kovalenten Immobilisierung von Biomolekülen, insbesondere von Aminosäuren, Peptiden oder Proteinen oder Molekülen mit Amino- oder Carboxylgruppen, zur Erstellung von Substanz-Bibliotheken in der kombinatorischen Chemie, zur Synthese von Aminosäuren, Peptiden, Proteinen oder Molekülen mit mindestens einer Peptidstruktureinheit an Festphasen in der Peptid-Chemie und zur Gewinnung von Affinitätsmarkierungs-Derivaten eingesetzt werden. Die Erfindung beschreibt weiter ein Verfahren zur Gewinnung von multifunktionellverknüpfungsfähigen und spaltbaren Festphasenreagenzien auf der Basis von:
    • – α-Amino-Dicarbonsäuren der allgemeinen Formel (43),
      Figure 00010001
      in der n die Bedeutung 1 bis 12 hat und R1 und R2 unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe bedeuten,
    • – α-Hydroxy-Dicarbonsäuren der allgemeinen Formel (44),
      Figure 00010002
      in der n die Bedeutung 1 bis 12 hat und R1 H oder eine Alkylgruppe bedeutet,
    • – α-Mercapto-Dicarbonsäuren der allgemeinen Formel (45),
      Figure 00010003
      in der n die Bedeutung 1 bis 12 hat und R1 H oder eine Alkylgruppe bedeutet,
    • – N-substituierte Glycin-Derivate der allgemeinen Formel (46),
      Figure 00020001
      in der n die Bedeutung 1 bis 12 hat,
    unter Verwendung von Hexafluoraceton als Schutzgruppen- und Aktivierungsreagenz.
  • Das rasch wachsende Gebiet der kombinatorischen Chemie hat das Interesse an organischen Synthesetechniken für die Chemie an fester Phase neu geweckt. Neben der Notwendigkeit Synthesemethoden zu entwickeln, die für den Aufbau organischer Moleküle an fester Phase geeignet sind, besteht Bedarf an verbesserten und neuartigen Linker für die Verknüpfung der Moleküle an die Trägerphase.
  • Es ist bekannt, die Synthese von Peptiden oder komplexeren Molekülen mit Peptidstruktureinheiten in Form so genannter Festphasensynthesen durchzuführen. Dafür wird eine Aminosäure, die quasi ein erstes molekulares Glied der herzustellenden Peptidsequenz darstellt, an ein Festphasenreagenz, dessen Oberfläche geeignete funktionelle Gruppen trägt, kovalent gebunden. Eine weitere Kettenverlängerung erfolgt, in dem weitere Aminosäuren entsprechend der aufzubauenden Sequenz sukzessiv an die erste Aminosäure beziehungsweise an das freie Ende der entstehenden Peptidkette gebunden werden. Neben der reinen Kettenverlängerung sind chemische Modifikationen an der immobilisierten Aminosäure beziehungsweise dem immobilisierten Peptid möglich. Als Basismaterial für die feste Phase (das Trägermaterial) wird überwiegend Polystyrol eingesetzt (siehe hierzu F. Z. Dörwald, Organic Synthesis an Solid Phases, Wiley-Verlag Chemie, Weinheim 2000, S. 414 ff).
  • Hinsichtlich einer Syntheserichtung des herzustellenden Peptides werden zwei Strategien unterschieden. In der Merrifield-Strategie, die auch als A-Typverlängerung bezeichnet wird, erfolgt eine Oberflächenfunktionalisierung des Polystyrols, durch Derivatisierung mit Chlormethyl-, Hydroxymethyl- oder Acrylamid-Gruppen (R. B. Merrifield, J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, S. 2149–2154; R. Arshady et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 11981, S. 529–537). Die kovalente Anknüpfung der ersten Aminosäure an diese Gruppen erfolgt über die Carboxy-Gruppe der Aminosäure, d. h. C-terminal. Der weitere Kettenaufbau schließt eine Kondensation der nächstfolgenden Aminosäure an die Aminogruppe (den N-Terminus) der bereits immobilisierten Aminosäure, beziehungsweise – bei weiterer Synthese – des immobilisierten Peptides ein. Gemäß der Merrifield-Strategie erfolgt demnach die Synthese vom C- zum N-Therminus des Peptides. Auch bei der sich aus dem Merrifield-Konzept abgeleiteten Boc-Strategie (R. Arshady et al., J. Chem. Soc. Pekin Trans. 11981, 529–537) beziehungsweise der Fmoc-Strategie (L. A. Carpino, G. Y. Han, J. Org. Chem. 1972, 37, 3404–3409), bei denen die Aminogruppe der jeweils zu verknüpfenden Aminosäuren durch bestimmte Schutzgruppen geschützt wird, ist das Peptid letztendlich über die Carboxy-Funktion der ersten Aminosäure an die feste Phase gebunden.
  • Hingegen werden bei der inversen Strategie (B-Typverlängerung) auf der Oberfläche von Polystyrol immobilisierte Chlorameisensäureester-Einheiten als Ausgangspunkt für die Peptidsynthese benutzt (R. L. Letsinger, M. J. Komet, J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 2149–2154; R. Matsueda et al., J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 2573–2575). Die Synthese wird hier durch N-terminale Anknüpfung der als tert-Butylester geschützten Aminosäuren in der durch die Zielsequenz vorgegebenen Reihenfolge in Richtung des C-Terminus des Peptides durchgeführt. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass abhängig von der gewünschten Synthesestrategie unterschiedlich funktionalisierte Trägermaterialien eingesetzt werden müssen, da die chemischen Eigenschaften der jeweiligen Oberflächenfunktionen des Trägermaterials ausschließlich eine N-terminale oder eine C-terminale Anknüpfung der Aminosäure erlaubt. Es sind oberflächenfunktionalisierte Trägermaterialien, die dem Anwender wahlweise eine C-terminale oder eine N-terminale Anbindung einer Aminosäure oder eines anderen Moleküls mit entsprechenden funktionellen Gruppen erlaubt, bekannt (Sh. N. Khattab; A. El-Faham; A. M. El-Massry; E. M. E. Mansour; M. M. Abd. El-Rahman Letters in Peptide Science 2001, 7, 331–345; M. Lebl et al., US 5635598 , Jun., 1997; P. Wessig et al., DE 100 65 788 A1 , Juli 2002). Jedoch müssen zusätzliche Schritte für den Schutz und/oder die Aktivierung des oberflächenfunktionalisierten Trägermaterials aufgebracht werden, wobei sich die quantitative Aktivierung des C-Terminus als schwierig erweisen kann.
  • Die Ursache der beschriebenen Nachteile ist vor allem darin zu sehen, dass bei den bekannten oberflächenfunktionalisierte Trägermaterialien der Kopplungsschritt des Linkers an die feste Phase so ausgelegt ist, dass die für die nachträgliche Derivatisierung zur Verfügung stehende Carboxy-Gruppe unaktiviert ist. Dies geschieht meist aus Gründen der Handhabbarkeit.
  • Es ist im Allgemeinen bekannt, dass Peptoide durch Festphasensynthese herstellbar sind (K. Burger, C. Böttcher, G. Radics, L. Hennig, Tetrahedron Lett. 2001, 42, 3061–3063).
  • Weiterhin ist bekannt, dass ringförmige N-Carboxyanhydride oder ringförmige N-Carboxythioanhydride selektiv durch Nukleophile derivatisiert werden können, und sich diese Strategie auf die feste Phase übertragen lässt ( WO 89/08643 ). Bei der selektiven Ringöffnung entsteht dabei Kohlendioxid.
  • Es ist bekannt, dass die aktivierte ω-Carboxy-Funktion von Hexafluoraceton-geschützten und aktivierten α-Amino-, α-Hydroxy-, α-Mercapto-Dicarbonsäuren und N-substituierten Glycin-Derivate mit Nucleophilen in Lösung reagiert (E. Windeisen, Dissertation TU München 1993; K. Burger, H. Neuhauser, A. Worku, Z. Naturforsch. 1993, 48b, 107–120; K. Burger, C. Böttcher, G. Radics, L. Hennig, Tetrahedron Lett. 2001, 42, 3061–3063; C. Böttcher, K. Burger, Tetrahedron Lett. 2002, 43, 9711–9714; C. Böttcher, K. Burger, Tetrahedron Lett. 2003, 44, 4223–4226).
  • Die in den Lactonring eingebundene Hexafluoraceton-Schutzgruppe schützt sowohl die Carboxy- als auch die entsprechende Amino-, Hydroxy- bzw. Thiol-Funktion vor Elektrophilen. Durch den elektronenabziehenden Effekt der beiden Trifluormethylgruppen am Lactonring kann die Carboxy-Gruppe als gegenüber Nucleophilen aktivierte Funktion betrachtet werden. Der Art des Nucleophils sind jedoch bei dieser Schutzgruppenstrategie Grenzen gesetzt. Bei der unter milden Bedingungen erfolgenden Abspaltung der Hexafluoraceton-Schutzgruppe sind zwei Äquivalente Nucleophil erforderlich, wobei als zweites Äquivalent Wasser, für die Spaltung der Halbaminal-, Halbacetal- bzw. Halbthioacetal-Zwischenstufe, verwendet werden kann. Das Arbeiten unter nicht wasserfreien Bedingungen ist dafür ausreichend. Es wird dabei die Amin-, Hydroxy- bzw. Thiol-Funktion entschützt. Die bei der Aminolyse der Hexafluoraceton-geschützten und -aktivierten α-Amino-Dicarbonsäuren durchlaufene Halbaminal-Zwischenstufe kann gegenüber Wasser relativ stabil sein. Daher ist bei der Aufarbeitung der Produkte bei der Synthese in Lösung für eine quantitative Abspaltung eine größere Menge Wasser nötig. Die Entfernung des dabei entstehenden Hexafluoraceton-Hydrats ist präparativ aufwendig und führt in der Regel zur Ausbeuteverminderung. Das im Rahmen der Amidbildung entschützte Amin bzw. Thiol kann zersetzlich sein, wobei die Aufarbeitung durch FSC Nachteile birgt.
  • Die aufwendigen Reinigungsschritte nach der Photoaffinitätsmarkierung erfolgten bisher durch die Streptavidin/Biotin-Technik oder durch SDS-PAGE. Durch Anwendung der Festphasentechnik bei der Photoaffnitätsmarkierung und deren nachfolgenden Schritte kann der Reinigungsprozess vereinfacht und damit der Zeitaufwand wesentlich verkürzt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, gut handhabbare Festphasenträger mit hoher Belegung der jeweiligen Hexafluoraceton-geschützten Linkerverbindung, die gleichzeitig carbonylgruppenaktiviert ist, anzugeben und diese herzustellen. Das neue Verfahren soll es ermöglichen, da einerseits Schutz und Aktivierung und andererseits Derivatisierung und Deblockierung jeweils zu einem Schritt zusammengefasst werden, eine Einsparung an Syntheseschritten zu erzielen. Es soll ferner ein Verfahren zur Herstellung des oberflächenfunktionalisierten Trägermaterials bereitgestellt werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das im Anspruch 1 dargestellte Trägermaterial, das im Anspruch 10 dargestellte Verfahren und die Verwendung des Trägermaterials nach Anspruch 26 gelöst. In den Ansprüchen 2 bis 9 wird das Trägermaterial, in den Ansprüchen 10 bis 25 das Verfahren zur Herstellung der Trägermaterialien und in den Ansprüchen 27 und 28 die Verwendung des Trägermaterials weiter günstig ausgestaltet.
  • Die erfindungsgemäße Lösung geht von der gesicherten Erkenntnis aus, dass die Linkerverbindungen mit Alkoholen in Lösung reagieren. Die entstehenden Ester- und Urethan-Funktionen lassen sich nach an sich bekannten Verfahren spalten. Diese Reaktion kann dazu verwendet werden, Festphasenreagenzien, die Hydroxy-Funktionen besitzen (z. B. Wang-Harze), über eine Ester- bzw. über eine Urethanbrücke mit der entsprechenden Linkerverbindung zu bestücken.
  • Durch Einbau der Hexafluoraceton-Schutzgruppe in ein fünfgliedriges Ringsystem werden in einem Schritt die Amino-, Hydroxy, bzw. Thiol-Gruppe und eine der beiden Carboxy-Funktionen geschützt. Durch den elektronen-abziehenden Effekt der beiden Trifluormethylgruppen am Lactonring ist die Carboxy-Gruppe zusätzlich gegenüber Nucleophilen aktiviert. Für die unter milden Bedingungen erfolgende Abspaltung der Hexafluoraceton-Schutzgruppe sind zwei Äquivalente an Nucleophil erforderlich, wobei anstelle des zweiten Äquivalents an Nucleophil, Wasser zur Spaltung der intermediär auftretenden Halbaminal-, Halbacetal- bzw. Halbthioacetal-Zwischenstufe, verwendet werden kann. Dabei wird die entsprechende Amin-, Hydroxy- bzw. Thiol-Funktion entschützt. Das bedeutet, dass wiederum zwei Schritte, nämlich die Derivatisierung der Carboxy-Gruppe und die Schutzgruppenentfernung an der entsprechenden Amino-, Hydroxy- bzw. Thiol-Funktion zu einem Schritt zusammengefaßt sind.
  • Die an den Festphasenträger über Hydroxyfunktionen gebundene Linkerverbindung ist so verändert, dass nur eine, nämlich die in den Lactonring eingebundene Carboxy-Funktion zur Amidbildung befähigt ist. Die im Rahmen der Amidbildung entschützte Amino-, Hydroxy- bzw. Thiol-Funktion steht damit sofort zur Derivatisierung zur Verfügung. Es fallen aufwendige Reinigungsschritte wie FSC, die bei der Synthese in Lösung unabdingbar sind, weg. Bei der Synthese an fester Phase ist die quantitative Entfernung des Hexafluoracetonhydrats durch einfaches Waschen mit größeren Mengen Wasser möglich. Das verwendete Amin und das in der darauffolgenden Stufe eingesetzte Acylierungsreagenz werden durch einfaches Waschen mit entsprechenden Lösungsmitteln entfernt, deshalb können die beiden Reagenzien in den beiden Reaktions-Schritten jeweils im Überschuß (3–5 Äquivalente) verwendet werden, was die Ausbeute beträchtlich erhöht.
  • Die Erfindung besteht darin, Festphasenträger mit hoher Belegung an Hexafluoracetongeschützten Linkerverbindungen zu erzeugen, um sie dann in einer zweistufigen Synthese, einer Ringöffnung (z. B. einer Aminolyse) und anschließend einer Umsetzung mit Elektrophilen (z. B. einer Acylierung, einer Sulfonierung oder einer Phosphoryierung) oder im Falle der Verbindungen (4), (8), (12) und (16) einer Oxidation (z. B. Bildung von Disulfiden) zu unterwerfen. Die Ringöffnung erfolgt bevorzugt mit Aminen auch in wässrigen Lösungen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass überschüssige Linkerverbindungen (17) bis (32) mit oder ohne Katalyse (z. B. von DMAP), in Form von starken Elektrophilen, mit verknüpfungsfähigen Funktionen von Festphasenreagenzien (z. B. Wang Harz) zur Reaktion gebracht werden. Die Überschüsse an Belegungsreagenz (z. B. 1.5 Äquivalente) die Zahl der Durchläufe, der Temperaturbereich (z. B. 0°C), das Lösungsmittel (z. B. trockenes Pyridin, Chloroform) und die Base (z. B. Pyridin, NaHCO3) oder Propenoxid richten sich nach den jeweilig eingesetzten Stoffen. Die Reinigung der gewonnenen Stoffe erfolgt nach an sich bekannten Verfahren. Die gewonnenen Verbindungen lassen sich durch IR-Spektroskopie (KBr-Technik) charakterisieren. Die Belegung der gewonnenen Stoffe läßt sich durch Elementaranalyse (z. B. Fluor-, Stickstoff- und/oder Schwefel-Elementaranalyse) bestimmen. Das oberflächenfunktionalisierte Trägermaterial nach den allgemeinen Formeln (1) bis (16) kann zur kovalenten Immobilisierung von photolabilen Opfergruppen, zur kovalenten Immobilisierung von Biomolekülen, insbesondere von Aminosäuren, Peptiden oder Proteinen oder Molekülen mit Amino- bzw. Hydroxy- und/oder Carboxy-Gruppen, zur Erstellung von Substanz-Bibliotheken in der kombinatorischen Chemie, zur Synthese von Aminosäuren, Peptiden, Proteinen oder Molekülen mit mindestens einer Peptidstruktureinheit an Festphasen in der Peptid-Chemie und zur Gewinnung von Affinitätsmarkierungs-Derivaten verwendet werden.
  • Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere in folgendem zu sehen. Da der Schutz der Amino-, Hydroxy- oder Thiol-Funktion und die Aktivierung der Carboxy-Funktion einerseits und die Derivatisierung der Carboxy-Gruppe und die Entschützung der Amino-, Hydroxy- bzw. Thiol-Funktion andererseits bei dem neuen Verfahren zu jeweils einem Synthese-Schritt zusammengefasst werden, bedeutet die Anwendung des neuen Verfahrens im allgemeinen ein Einsparen an Synthese-Schritten. Da die Linkerverbindungen als aktivierte Spezies an das Harz gebunden werden, ist garantiert, dass jedes mit dem Harz verankerte Molekül auch aktiviert ist. Dies kann bei nachtäglicher, erst am Harz erfolgender, Aktivierung nicht garantiert werden. Da nach jedem Reaktionsschritt ein Waschprozess erfolgt, können die gelösten Reagenzien in großem Überschuss eingesetzt werden. Dies führt zu optimalen Ausbeuten. Die Reaktionssequenz kann automatisiert werden.
  • Die Erfindung soll durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.
  • Die Aufnahme der IR-Spektren erfolgte an dem FTIRTM Genisis Series der Fa. ATI Mattson. Die Messung der Elementaranalysen erfolgte an dem VarioEL V2.6 der Fa. Elementar Analysensysteme GmbH.
  • Beispiel 1:
  • 1 g (0.6 mmol) Wang-Harz (Acros, 1% quervernetzt mit DVB, 0.5–0.6 mmol/g, 200–400 mesh) und eine Spatelspitze DMAP werden in 10 ml trockenem Pyridin vorgelegt. Nach 5 min Behandlung im Ultraschallbad und einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 270 mg (0.9 mmol) [5-Oxo-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-3-yl]-acetylchlorid zugegeben. Die Reaktionsmischung wird über Nacht gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-17 ((33)(Schema 3))
    IR (KBr): 1846 cm–1 (ν Lacton)
    1745 cm–1 (ν Ester)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 1
    Belegung (N-Elementaranalyse): 92% der max. Belegung (0.6 mmol/g)
    Stickstoff
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 0.74
    2 0.74
    3 0.77
    4 0.78
    5 0.87
    Figure 00090001
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Stickstoff:
    Belegung: 0.6 mmol/g
    Figure 00090002
    Fehler: 6%
    Figure 00090003
  • Beispiel 2:
  • 1 g (0.8 mmol) Wang-Harz (Novabiochem, 1% quervernetzt mit DVB, 0.5–1.3 mmol/g, 100–200 mesh) werden in 10 ml trockenem Chloroform vorgelegt. Nach einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 381 mg (1.3 mmol) (S)-(5-Oxo-2,2-bis-trifluormethyl-oxazolidin-4-yl)-acetylchlorid in 1 ml trockenem Chloroform zugegeben. Nach 10 min wird 65 mg (0.8 mmol) trockenes Pyridin in 1 ml trockenem Chloroform tropfenweise zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 49 h gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-77 ((34)(Schema 3))
    IR (KBr): 1817 cm–1 (ν Lacton)
    1736 cm–1 (ν Ester)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 2
    Belegung (N-Elementaranalyse): 43% der angegebenen Belegung (0.8 mmol/g)
    Stickstoff
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 0.40
    2 0.48
    3 0.43
    4 0.65
    5 0.52
    Figure 00100001
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Stickstoff:
    Belegung: 0.4 mmol/g
    Figure 00100002
    Fehler: 20%
    Figure 00100003
  • Beispiel 3:
  • 1 g (0.6 mmol) Wang-Harz (Acros, 1% quervernetzt mit DVB, 0.5–0.6 mmol/g, 200–400 mesh) werden in 15 ml trockenem Chloroform vorgelegt. Nach einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 271 mg (0.9 mmol) (R)-(5-Oxo-2,2-bis-trifluormethyl-[1,3]dioxolan-4-yl)-acetylchlorid in 1 ml trockenem Chloroform zugegeben. Nach 40 min wird 76 mg (0.9 mmol) NaHCO3 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 25 h gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Eiswasser und Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-91 ((35)(Schema 3))
    IR (KBr): 1853 cm–1 (ν Lacton)
    1738 cm–1 (ν Ester)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 3
    Belegung (F-Elementaranalyse): 63% der max. Belegung (0.6 mmol/g)
    Fluor
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 4.35
    2 4.26
    3 4.35
  • Figure 00110001
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Fluor:
    Belegung: 0.4 mmol/g
    Figure 00110002
    Fehler: 1%
    Figure 00110003
  • Beispiel 4:
  • 1 g (0.8 mmol) Wang-Harz (Novabiochem, 1% quervernetzt mit DVB, 0.5–1.3 mmol/g, 100–200 mesh) werden in 10 ml trockenem Chloroform vorgelegt. Nach einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 389 mg (1.2 mmol) racemisches (5-Oxo-2,2-bis-trifluormethyl[1,3]oxathiolan-4-yl)-acetylchlorid in 1 ml trockenem Chloroform zugegeben. Nach 10 min wird 65 mg (0.8 mmol) trockenes Pyridin in 1 ml trockenem Chloroform tropfenweise zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 44 h gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-81 ((36)(Schema 3))
    IR (KBr): 1816 cm–1 (ν Lacton)
    1733 cm–1 (ν Ester)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 4
    Belegung (S-Elementaranalyse): 51% der angegebenen Belegung (0.8 mmol/g)
    Schwefel
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 1.68
    2 1.32
    3 1.13
    4 1.30
    5 1.21
  • Figure 00120001
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Schwefel:
    Belegung: 0.4 mmol/g
    Figure 00120002
    Fehler: 16%
    Figure 00120003
  • Eine weitere Vorschrift für die Gewinnung der Substanz ist wie folgt.
  • 0.567 g (0.3 mmol) Wang-Harz (Acros, 1% quervernetzt mit DVB, 0.5–0.6 mmol/g, 200–400 mesh) werden in 5 ml trockenem Chloroform vorgelegt. Nach einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 129 mg (0.4 mmol) racemisches (5-Oxo-2,2-bis-trifluormethyl [1,3]oxathiolan-4-yl)-acetylchlorid in 71 mg (1.2 mmol) Propenoxid zugegeben. Daraufhin werden unter Rühren 0.002 Äquivalente DMAP einer 0.008 M Lösung in Chloroform zugegeben. Die Reaktionsmischung wird über Nacht gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-139 ((36)(Schema 3))
    IR (KBr): 1817 cm–1 (ν Lacton)
    1734 cm–1 (ν Ester)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 5
    Belegung (S-Elementaranalyse): 46% der maximalen Belegung (0.6 mmol/g)
    Schwefel
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 1.03
    2 0.86
    3 0.91
    4 1.04
    5 0.88
    Figure 00130001
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Schwefel:
    Belegung: 0.3 mmol/g
    Figure 00130002
    Fehler: 10%
    Figure 00130003
  • Beispiel 5:
  • 1.352 g (0.5 mmol) im Ölpumpenvakuum getrocknetes HMPA-PEGA-Harz (Novabiochem, 0.2–0.4 mmol/g) werden in 20 ml trockenem Chloroform vorgelegt. Nach einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 257 mg (0.8 mmol) racemisches (5-Oxo-2,2-bis-trifluormethyl[1,3]oxathiolan-4-yl)-acetylchlorid in 1 ml trockenem Chloroform zugegeben. Nach 10 min wird 43 mg (0.5 mmol) trockenes Pyridin in 1 ml trockenem Chloroform tropfenweise zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 50 h gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-101 ((40)(Schema 3))
    IR (KBr): 1819 cm–1 (ν Lacton)
    1736 cm–1 (ν Ester)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 6
    Belegung (S-Elementaranalyse): 46% der maximale Belegung (0.4 mmol/g)
    Schwefel
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 0.67
    2 0.56
    3 0.56
    Figure 00140001
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Schwefel:
    Belegung: 0.2 mmol/g
    Figure 00140002
    Fehler: 10%
    Figure 00140003
  • Beispiel 6:
  • 1 g (0.6 mmol) Wang Harz (Acros, 1% quervernetzt mit DVB, 0.5–0.6 mmol/g, 200–400 mesh) wird in 10 ml trockenem Pyridin vorgelegt. Nach 5 min Behandlung im Ultraschallbad und einer Quellzeit von 30 min wird mit Trockeneis unter 0°C gekühlt und unter Rühren 322 mg (1.2 mmol) 3-Isocyanatomethyl-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-5-on zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 5 min unter Eiswasserkühlung im Ultraschallbad behandelt, 2 h bei 4°C (Eiswasser) und über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-21 ((37)(Schema 3))
    IR (KBr): 1846 cm–1 (ν Lacton)
    1728 cm–1 (ν Urethan)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 7
    Belegung (N-Elementaranalyse): 93% der max. Belegung (0.6 mmol/g)
    Stickstoff
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 1.56
    2 1.50
    3 1.61
    4 1.62
    5 1.62
  • Figure 00150001
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Stickstoff:
    Belegung: 0.6 mmol/g
    Figure 00160001
    Fehler: 3%
    Figure 00160002
  • Beispiel 7:
  • 656 mg (0.4 mmol) Wang Harz (Acros, 1% quervernetzt mit DVB, 0.5–0.6 mmol/g, 200–400 mesh) wird in 10 ml trockenem Chloroform vorgelegt. Nach einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 173 mg (0.6 mmol) (S)-5-Isocyanatomethyl-2,2-bis-trifluormethyl[1,3]dioxolan-4-on zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 8 Tage bei Raumtemperatur gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-93 ((38)(Schema 3))
    IR (KBr): 1851 cm–1 (ν Lacton)
    1735 cm–1 (ν Urethan)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 8
    Belegung (N-Elementaranalyse): 32% der max. Belegung (0.6 mmol/g)
    Stickstoff
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 0.27
    2 0.29
    3 0.27
    4 0.27
    5 0.24
  • Figure 00160003
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Stickstoff:
    Belegung: 0.2 mmol/g
    Figure 00170001
    Fehler: 7%
    Figure 00170002
  • Beispiel 8:
  • 500 mg (0.3 mmol) Wang Harz (Acros, 1% quervernetzt mit DVB, 0.5–0.6 mmol/g, 200–400 mesh) wird in 10 ml trockenem Chloroform vorgelegt. Nach einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 133 mg (0.5 mmol) racemisches 4-Isocyanatomethyl-2,2-bis-trifluormethyl[1,3]oxathiolan-5-on in 1 ml trockenem Chloroform zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 8 Tage bei Raumtemperatur gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-103 ((39)(Schema 3))
    IR (KBr): 1816 cm–1 (ν Lacton)
    1734 cm–1 (ν Urethan)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 9
    Belegung (S-Elementaranalyse): 25% der max. Belegung (0.6 mmol/g)
    Schwefel
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 0.44
    2 0.59
    3 0.51
    4 0.41
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Schwefel:
    Figure 00170003
    Figure 00190001
    Belegung: 0.2 mmol/g
    Fehler: 16%
    Figure 00190002
  • Beispiel 9:
  • 0.507 g (0.4 mmol) Rinkamid-4-Methylbenzhydrylamin Polymer-Harz (Acros, 1% vernetzt mit DVB, 0.4–0.8 mmol/g, 200–400 mesh) werden in 5 ml trockenem Chloroform vorgelegt. Nach einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 146 mg (0.5 mmol) (R)-(5-Oxo-2,2-bistrifluormethyl-[1,3]dioxolan-4-yl)-acetylchlorid in 85 mg Propenoxid zugegeben. Die Reaktionsmischung wird über Nacht gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-125 ((41)(Schema 3))
    IR (KBr): 1851 cm–1 (ν Lacton)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 10
    Belegung (F-Elementaranalyse): 50% der max. Belegung (0.8 mmol/g)
    Fluor
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 4.06
    2 3.79
    3 4.31
    4 4.07
    5 3.51
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Fluor:
    Figure 00190003
    Belegung: 0.4 mmol/g
    Figure 00200001
    Fehler: 8%
    Figure 00200002
  • Beispiel 10:
  • 0.587 g (0.4 mmol) Rinkamid-4-Methylbenzhydrylamin Polymer-Harz (Acros, 1% vernetzt mit DVB, 0.4–0.8 mmol/g, 200–400 mesh) werden in 5 ml trockenem Chloroform vorgelegt. Nach einer Quellzeit von 30 min wird unter Rühren 138 mg (0.5 mmol) racemisches 4-Isocyanatomethyl-2,2-bis-trifluormethyl-[1,3]oxathiolan-5-on in 1 ml trockenem Chloroform zugegeben. Daraufhin werden unter Rühren 0.002 Äquivalente DMAP einer 0.008 M Lösung in Chloroform zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 48 h gerührt. Daraufhin wird das Produkt abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Ölpumpenvakuum getrocknet. TR 5-149 ((42)(Schema 3))
    IR (KBr): 1817 cm–1 (ν Lacton)
    Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 11
    Belegung (S-Elementaranalyse): 71% der max. Belegung (0.8 mmol/g)
    Schwefel
    Messung N Gefunden xi [%]
    1 1.88
    2 1.82
    3 1.78
  • Figure 00200003
  • Berechnung der Belegung aus dem prozentualen Anteil an Schwefel:
    Belegung: 0.57 mmol/g
    Figure 00210001
    Fehler: 3%
    Figure 00210002
  • Beispiel 11:
  • IR-Experimente zum Beweis der kovalenten Bindung durch Addition von 3-Isocyanatomethyl-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-5-on an das Wang Harz.
    • – IR (KBr) Wang Harz (Acros, 1% quervernetzt mit DVB, 0.5–0.6 mmol/g, 200–400 mesh): Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 12
    • – IR (KBr) 3-Isocyanatomethyl-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-5-on: Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 13
    • – IR (KBr) einer Mischung aus 3-Isocyanatomethyl-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-5-on und TR 5-21 ((37) (Schema 3)): Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 14
    • – IR (KBr) TR 5-21 ((37) (Schema 3)): Aufnahme des IR-Spektrums siehe Diagramm 15
  • – IR (KBr):
    3-Isocyanatomethyl-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-5-on 2256 cm–1 2279 cm–1 Isocyanat
    1849 cm–1 Lacton
    Mischung aus 3-Isocyanatomethyl-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-5-on und TR 5-21 (Schema 3) 2262 cm–1 Isocyanat
    1844 cm–1 Lacton
    1724 cm–1 Urethan
    TR 5-21 (Schema 3) 1846 cm–1 Lacton
    1728 cm–1 Urethan
  • Durch den Vergleich der charakteristischen Signale (Siehe obige Tabelle) von 3-Isocyanatomethyl-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-5-on, einer Mischung aus 3-Isocyanatomethyl-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-5-on und TR 5-21 (Schema 3) und TR 5-21 (Schema 3) ist ersichtlich, dass bei TR 5-21 (Schema 3) eine kovalente Bindung durch Addition von 3-Isocyanatomethyl-2,2-bis(trifluormethyl)-1,3-oxazolidin-5-on an das Wang Harz vorliegt. Was zu beweisen war.
  • Figure 00230001
    Schema 1: (P bedeutet die polymere Oberfläche; n hat die Bedeutung 1 bis 12; R1 und R2 bedeuten unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe; L bedeutet Spacer)
  • Figure 00240001
    Schema 2: (P bedeutet die polymere Oberfläche; n hat die Bedeutung 1 bis 12; R1 und R2 bedeuten unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe, L bedeutet Spacer)
  • Figure 00250001
    • Schema 3: (
      Figure 00250002
      hat die Bedeutung Divinylbenzol (DVB) quervernetztes Styrol-Polymer;
      Figure 00250003
      hat die Bedeutung 2-Acrylamidoprop-1-yl-(2-aminoprop-1-yl)polyethylenglycol800 und Dimethylacrylamid quervernetzt mit Bis 2-acrylamidoprop-1-yl polyethylenglycol800)
  • Figure 00260001
    Schema 4: (n hat die Bedeutung 1 bis 12; R1 und R2 bedeuten unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe)
  • Figure 00270001
  • Figure 00280001
  • Figure 00290001
  • Figure 00300001
  • Figure 00310001
  • Figure 00320001
  • Figure 00330001
  • Figure 00340001
  • Figure 00350001
  • Figure 00360001
  • Figure 00370001
  • Figure 00380001
  • Figure 00390001
  • Figure 00400001
  • Figure 00410001

Claims (28)

  1. Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial mit einer polymeren Oberfläche und mindestens einer an dieser kovalent gebundenen Linkerverbindung gemäß der allgemeinen Formeln (1) bis (16)
    Figure 00420001
    in der P die polymere Oberfläche bedeutet, n die Bedeutung 1 bis 12 hat, R1 und R2 unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe bedeuten und L ein Spacer bedeutet, der die Linkerverbindung mit der polymeren Oberfläche verknüpft.
  2. Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Oberfläche und/oder das Trägermaterial ein organisches Polymer ist.
  3. Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Polymer Polypropylen, Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril, Zellulose, Amylose, Agarose, Polyamid, Polyimid, Polytetrafluorethylen, Polivinylidendifluorid, Polyester, Polycarbonat, Polyacrylat, Polyacrylamid oder ein Derivat von diesen ist oder ein Copolymer oder ein Elend von diesen.
  4. Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein anorganisches und/oder mineralisches Material ist.
  5. Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein Glas, ein Silikat, ein keramisches Material oder ein Metall ist.
  6. Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein Komposit aus mindestens einem anorganischen und/oder mineralischen Material und mindestens einem organischen Polymer ist.
  7. Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial in Form einer Membran, eines Films, einer Platte, einer Mikrotiterplatte, eines Reaktionsgefäßes, eines Objektträgers, einer Faser, einer Hohlfaser, eines Vlieses, eines Gewebes, eines Pulvers, eines Granulates oder von Partikeln vorliegt und jeweils porös oder nicht porös ist.
  8. Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial in Form einer Membran mit einer symmetrischen oder asymmetrischen Porenstruktur vorliegt.
  9. Oberflächenfunktionalisiertes Trägermaterial nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porengröße 1 nm bis 10 μm beträgt.
  10. Verfahren zur Herstellung von oberflächenfunktionalisierten Trägermaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien gemäß Formeln (1) bis (16)
    Figure 00450001
    wobei P die polymere Oberfläche des Trägermaterials bedeutet, n die Bedeutung 1 bis 12 hat, R1 und R2 unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe bedeuten und L ein Spacer bedeutet, der die Linkerverbindung mit der polymeren Oberfläche verknüpft, ausgehend von den Linkerverbindungen der allgemeinen Formeln (17) bis (32)
    Figure 00460001
    in der n, R1 und R2 die obige Bedeutung haben und L ein Spacer bedeutet, der die Linkerverbindungen mit der polymeren Oberfläche verknüpfen soll, durchgeführt und durch Reaktion mit einem Festphasenträger, welcher eine verknüpfungsfähige Funktion enthält, hergestellt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gewinnung der Verbindungen (1) bis (4), (9) bis (16) und (25) bis (28) die Carboxy-Gruppe der Verbindungen (17) bis (20) und (25) bis (32) für die Acylierung zum Ester bzw. Amid aktiviert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Carboxy-Gruppe der Verbindungen (17) bis (20) und (25) bis (32) nach an sich bekannten Verfahren aber durch Thionylchlorid oder Phosphorpentachlorid über ein Säurechlorid erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (25) bis (32) aus den Verbindungen (17) bis (24) gewonnen werden und die Anknüpfung des Spacers L an die Linkerverbindung (17) bis (20) durch Acylierung zum Ester bzw. Amid und die Anknüpfung des Spacers L an die Linkerverbindung (21) bis (24) durch Addition zum Urethan bzw. Harnstoff erfolgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spacer L eine Aminosäure, ein Peptid oder eine andere Verbindung mit mindestens einer Amino- bzw. Hydroxy-Funktion für die Funktionalisierung der Verbindungen (17) bis (24) und einer Carboxy-Funktion für die Immobilisierung an die feste Phase ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung der Linkerverbindungen der allgemeinen Formeln (17) bis (20) und (25) bis (32) mit der polymeren Oberfläche durch Acylierung zum Ester bzw. Amid erfolgt und der Linkerverbindungen der allgemeinen Formeln (21) bis (24) durch Addition zum Urethan bzw. Harnstoff erfolgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verknüpfung der Linkerverbindungen der allgemeinen Formeln (17) bis (20) und (25) bis (32) mit der polymeren Oberfläche durch Acylierung zum Ester bzw. Amid eine Base eingesetzt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Base NaHCO3 oder Pyridin oder Propenoxid verwendet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linkerverbindungen (17) bis (32) einmalig eingesetzt oder alternativ das Verfahren mehrmalig durchlaufen wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gewinnung des oberflächenfunktionalisierten Trägermaterials ein Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch und ein Temperaturbereich zwischen –50°C und +100°C verwendet werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel bei baseempfindlichen Stoffen vorzugsweise Chloroform oder/und Dichlormethan und bei baseunempfindlichen Stoffen vorzugsweise Pyridin verwendet wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei Raumtemperatur erfolgt.
  22. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Reaktion nicht umgesetzte Substanzen durch Waschen mit einer Waschflüssigkeit entfernt werden.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschflüssigkeit Wasser, Essigester oder ein organisches Lösungsmittel oder ein Lösungsmittelgemisch verwendet wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass als polymere Oberfläche (P) und/oder Trägermaterial ein Wang-Harz, ein PEGA-Harz, ein Rinkamid-Harz oder ein Material nach einem der Ansprüche 2 bis 9 verwendet wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das gewonnene oberflächenfunktionalisierte Trägermaterial gemäß der allgemeinen Formeln (1) bis (16) durch IR-Spektroskopie charakterisiert und die Belegung des oberflächenfunktionalisierten Trägermaterials durch Elementaranalyse eines darin enthaltenen Atoms bestimmt wird.
  26. Verwendung eines oberflächenfunktionalisierten Trägermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Synthese von Aminosäuren, Peptiden, Proteinen oder Molekülen mit mindestens einer Peptidstruktureinheit an Festphasen, wobei eine erste, für die Synthese einzusetzende Aminosäure kovalent an das oberflächenfunktionalisierte Trägermaterial gebunden wird und eine Kettenverlängerung durch sukzessives Anknüpfen weiterer Aminosäuren und/oder eine chemische Modifizierung erfolgt.
  27. Verwendung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste für die Synthese eingesetzte Aminosäure durch eine Peptidbindung zwischen der Aminogruppe der Aminosäure und der aktivierten Säurefunktion der Linkerverbindung an das Trägermaterial gebunden wird und daraufhin weitere Anbindungen von Aminosäuren wahlweise N-, O- bzw. S- oder C-terminal erfolgen.
  28. Verwendung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung der N-, O- bzw. S- oder C-terminalen Anbindung der Aminosäure an die Linkerverbindung durch Blockierung der Amino-Gruppe oder der Carboxy-Gruppe der Aminosäure und oder der Amino-, Hydroxy- bzw. Thiol-Gruppe der entsprechenden Linkerverbindung mit chemischen Schutzgruppen erfolgt.
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