DE69133235T2 - Verfahren zur Herstellung von Harzen für die Feststoff-Peptidsynthese - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Harzen für die Feststoff-Peptidsynthese

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Description

  • Spacer-Arme sind essenziell in vielen Bereichen der modernen Biochemie. Spacer- Arme können definiert werden als Moleküle, die ein Molekül mit einem anderen Molekül oder einem inerten Trägermaterial verbinden. Polyethylenglykol, z. B., ist vorteilhaft verwendet worden, um Enzyme mit unlöslichen Trägern und anderen Biomolekülen zu verbinden, während die Aktivität der Enzyme erhalten bleibt. M. Stark and K. Holmberg, Biotech. and Bioeng 34: 942-950 (1989). Dieses Konzept hat wichtige Konsequenzen für industrielle Prozesse, die immobilisierte Enzyme nutzen (zum Beispiel Affinitätschromatografieprozesse), und für diagnostische Untersuchungen (z. B. ELISA (Enzyme linked immuno sorbant assay) Untersuchungen). Zwei weitere Bereiche, in den Polyethylenglykol-Spacer-Arme eingesetzt worden sind, sind Peptidsynthese und Sequenzierung. Die Koppelungsrate von geschützten Nukleotid- und Aminosäureresten an inerte Trägermaterialien, solche wie Silikaten, Membranen und Polystyrol- Trägermaterial, erhöht sich häufig entsprechend der Absonderung der Reaktionsstelle von dem Trägermaterialrückgrat. Ähnliche Effekte sind bei der Sequenzierung von festphasen-immobilisierten Proben gezeigt worden. J. K. Inman et al., In Solid Phase Methods Protein Sequence Analysis. Previero and Coletti- Previero, (Eds.), Elsevier, North-Holland Biomed. Press, pp. 81-94 (1977).
  • Die Effektivität der Festphasen-Nucleinsäure- oder Peptid Synthese oder Sequenzanalyse wird durch die Festphase oder das Trägermaterial beeinflusst, das die reaktive Stelle verankert. Polystyrol-Gele oder poröses Glas sind beide als festes Trägermaterial für Peptidsequenzierung beispielsweise verwendet worden. In vielen Anwendungen kann das Lösungsmittel, das im Prozess verwendet wird, zu einer Volumenveränderung der Polystyrol-Partikeln führen, was zu einem blockieren der Reaktionsäule und Gegendruck führt. Umgekehrt, ist poröses Glas völlig starr und verändert sich nicht im Volumen, aber den chemischen Eigenschaften von porösen Glasderivaten fehlt es an Reproduzierbarkeit. Polymerpartikel, solche wie Polystyrolpartikeln, die derivatisiert worden sind, so dass reaktive Gruppen an sie angebunden werden können, haben sich für viele Anwendungen als nützlich erwiesen. Polyethylenglykol(PEG)strukturen sind als chemisch inerte Spacer-Arme verwendet worden, weil sie mit einem weiten Bereich von Lösungsmittel kompatibel sind. Inman et al., ibid. Die Verwendung von PEG Spacer-Armen minimiert die sterischen Effekte, die durch das Trägermaterial verursacht werden. PEG Spacer-Arme stellen eine weitere nützliche Funktion zur Modifizierung des Charakters des Porenraums bereit, so dass die trägermaterialgebundene reaktive Komponente mit einem breiteren Bereich von Lösemittel und Reagenzien kompatibel ist.
  • PEGmodifizierte Polystyrol(PEG-PS)harze sind geschrieben worden für die Verwendung in der Festphasen-Peptidsequenzierung. Iman et al., ibid. PEG-PS- Harze sind auch als Phasenübergangskatalysatoren verwendet worden. W. M. McKenzie et al., J Chem Soc.Chem.Commun., S. 541-543 (1978); S. L. Regen et al., J Amer.Chem.Soc., 101 : 116-120 (1979); J. G. Heffernan et al., J. Perkin II, S. 514-517 (1981); Y. Kimura et al., J. Org.Chem 48: 385-386 (1983) M. Tomoi et al., Reactive Polymers, 10: 27-36 (1989). PEG-PS-Harze sind als Trägermaterial für die Festphasen-Peptidsynthese geschrieben worden. Becker et al., Makromol. Chem. Rapid Commun, 3: 217-223 (1982); H. Hellermann, et al., Makromol. Chem., 184: 2603-2617 (1983). PEG-PS-Harze, wie über die angegebenen Methoden hergestellt werden, leiden jedoch an verschiedenen Nachteilen. Die Reaktionen verliefen schlecht mit hochmolekularem PEG (z. B. größer als 400 Dalton) und symmetrisches, bifunktionales PEG neigte zur Bildung von Vernetzungen. Diese Probleme wurden reduziert durch die anionische Polymerirsation von Ethylenoxid direkt auf vernetztes Polystyrol. Bayer et al., In Peptides: Structure and Function, V. J. Hruby and D. H. Rich (eds.), Proc. 8th Am. Peptide Symp. S. 87-90, Pierce Chem. Co., Rockford, IL (1983). Bayer and Rapp, Deutsches Patent DE 35 00 180 A1 (1986). Die PEG-Kettenlänge ist jedoch schwierig zu kontrollieren bei Verwendung dieser Methode, und die Einheitlichkeit der PEG-Polymere ist ungewiß. Ein weiteres Problem bei diesem Verfahren ist, dass das Polystyrol funktionalisiert wird unter Verwendung von Chlormethylether, der hochgiftig ist, und restliche Chlormethylguppen Nebenreaktionen während der Peptidsynthese verursachen können.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von PEG-Pfropfcopolymeren ist beschrieben bei Zalipsky et.al. In Peptides: Structure and Function, C. M. Deber, V. J. Hruby and K. D. Kopple (eds.), Proc. 9th Am. Peptide Symp. S. 257-260, Pierce Chem. Co., Rockford, IL (1985). Bei diesem Verfahren wurden bestimmte heterobifunktionale PEG-Derivate mit definierter Molmasse (z. B. 2000 bis 4000 Daltons) verwendet. Diese Derivaten sind jedoch nicht ohne weiteres erhältlich, was ihre Kommerzialisierung behindert.
  • Ein Verfahren zur Herstellung nicht giftiger und effektiver fester Trägermaterialien, die für einen weiten Bereich von Lösemittel verwendet werden können, wäre sehr wertvoll für die Verwendung in der Festphasensynthese oder der Sequenzierung von Peptiden oder Nukleinsäuren oder für andere Festphasen Anwendungen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu Herstellung von Polyethylenglykol-derivatisierten Propfträgermaterialien. Die Beschreibung offenbart Polyethylenglykol derivatisierte Propfträgermaterialien und Verfahren zur Verwendung der Trägermaterialien, um Peptide über Festphasen-Synthesetechniken zu synthetisieren. Die PEG-Propfträgermaterialien, die über das Verfahren dieser Erfindung hergestellt werden, umfassen funktionalisierte PEG-Derivate, die kovalent an feste Trägermaterialien gebunden sind. Die Erfindung stellt ein Verfahren zu Herstellung eines Harzes bereit, das ermöglicht, dass die Peptidsynthese an einem anderen Punkt als dem Ende des FEG auftritt. Solche Harze sind in Fig. 1 veranschaulicht und werden weiterhin durch die allgemeine Formel II repräsentiert: Formel II
  • worin Y ein Diamino-Monocarbonsäurerest ist, der ggf. durch eine Nω-Schutzgruppe geschützt sein kann; n eine ganze Zahl von 5 bis 150 ist; SS ein fester Träger ist; A eine linerare Kette oder verzweigte C1-C10 Alkylgruppe ist, solche wie Methylen, Ethylen, Propylen, Isopropylen, Butylen und Isobutylen; und R¹, R² und R³ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen und Arylgruppen.
  • Das Harz der Formel II, wie definiert im vorangehenden Abschnitt, ist Gegenstand der Ansprüche unserer EP-B-0687691.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine kompakte, kommerziell realisierbare Ruote zur Herstellung funktionalisierter inerter Trägermaterialien für Festphasenanwendungen bereit, die monofunktionelles oder homobifunktionelles Polyethylenglykol als Ausgangsmaterial verwenden. Die vorliegende PEG-Propfträgermaterialien bieten vorteilhafte physikalische und mechanische Eigenschaften für die Festphasen Peptidsynthese, Nukleinsäuresynthese und andere Anwendungen, bei denen immobilisierte Moleküle verwendet werden.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Fig. 1 zeigt die allgemeine Struktur eines Polyethylenglykol-Polystyrölen-(PEG-PS)- Propfträgermaterial. X veranschaulicht den Punkt an dem das Biopolymer Kettenwachstum beginnt.
  • Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Serie von Reaktion, die zu einem PEG-PS-Propfträgermaterial führen, worin das Biopolymer von dem Orn-Rest synthetisiert werden kann.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zu Herstellung eines Harzes, dass ein funktionalisiertes Polyethylenglykolderivat umfasst, das kovalent an ein festes Trägermaterial gebunden ist. Wie offenbart und beansprucht in Patent EP-B-0546055, umfasst ein solches Propfträgermaterial ein symmetrisches Poly(oxethylen)diamin-Derivate, dass mit dem Träger Material verbunden ist und repräsentiert wird durch Formel I; Formel I
  • worin n eine ganze Zahl von 5 bis etwa 150 ist; R¹, R², R³, R&sup4;, R&sup5; und R&sup6;, unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff (H) und einfachen Alkyl- oder Arylgruppen, so wie Methyl-, Ethyl- oder Phenyl; SS ein fester Träger ist; X gleich H oder H&sub2;N-B-NH-C(O)-A-C(O)- ist; und A und B unabhängig voneinander eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe sind, sowie Ethylen, Propylen, Isopropylen, Butylen, Isobutylen oder Ähnliches bis zu C-10 in der Länge sind (z. B. A abgeleitet von Bernstein-, Glutar-, Adipin- oder anderen solchen Säuren; B abgeleitet von Ethylendiamin oder anderen aliphatischen Diaminen); eine CH=CH-Gruppe (z. B. A abgeleitet von Maleinsäure) oder eine aromatische Gruppe sind (z. B. A abgeleitet von Phthalsäure; B abgeleitet von Phenyldiamin). Das Kernstück der Formel, innerhalb desgeklammerten Stücks, korrespondiert mit einer Serie von Polyoxyethylendiamin- Polymeren. Die Aminogruppe(n) kann/können gegebenenfalls mit bekannten Nω- Schutzgruppen geschützt sein.
  • Ein Verfahren zu Herstellung von Propfträgermaterialien der Erfindung ist durch Reaktion von amino-funktionalisierter Kernpolymere mit Dicarbonsäure-Derivaten, einschließlich Anhydriden, zur Herstellung carboxyl-funktionaler Moleküle. Dicarbonsäure, die bei diesem Verfahren eingesetzt werden können, beinhalten Alkyl-disäuren, die bis zu etwa 12 Kohlenstoffatomen haben, solche wie zum Beispiel Malein-, Bernstein-, Glutar- oder Adipinsäure; Anhydride solche wie Malein-, Bernstein- oder Glutaranhydrid; oder aromatische Anhydride, solche wie Phthalanhydrid. Wie offenbart im Stammpatent EP-B-0546055 wird das Diamin- Polymer mit Bernstein-, Malein- oder Glutaranhydrid umgesetzt, um Vertreter der Verbindungen, die im Stamm EP-B-0546055 beansprucht werden, bis(succinyliertes), Bis(maleiniertes) oder bis(glutariertes) PEG herzustellen. Die Fig. 2 und 3 in EP-B-0546055 veranschaulichen die Bildung und darauf folgende Kopplung dieser Derivaten an ein amino-funktionalisiertes Trägermaterial.
  • Für einige Anwendungen können symmetrische Di-Carboxylsäure funktionalisierte Polymere, die ungefähr die gleiche allgemeine Struktur besitzen, verwendet werden.
  • Carboxyl-funktionalisierte Spacerarm-Verbinder, die über die vorliegende Methode hergestellt werden, werden dann an geeignete Stammträger gekoppelt, die mit Amingruppen funktionalisiert wurden. Träger, die als Festphasen in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, beinhalten Makromoleküle oder Feststoffe, solche wie Membranen, poröses Glas, Silikate, Polystyrole, Polydimethylacrylamide, Baumwolle oder Papier. Feste Trägermaterialien, die besonders nützlich sind, beinhalten amino-funktionalisiertes Polystyrol, Aminomethyl- Polystyrol, Aminoacyl-Polystyrol und p-Methylbenzhydrylamin-Polystyrol. Ein besonders bevorzugtes Trägermaterial ist ein amino-funktionalisiertes Polystyrol- Co-1%-Divinylbenzol. Alle Aminogruppen des Stammträgers können bedeckt werden, durch Reagieren von einem Äquivalent des Trägers, basierend auf den Aminogruppen, mit einem Überschuss des carboxylfunktionalisierten Derivats. Die meisten der Aminogruppen auf dem Träger werden durch Polyethylenglykol- Derivate substituiert, wodurch Spacer-Arme gebildet werden, die einen freien Carboxylgruppen-Anhang haben.
  • Die Einführung einer Amino-Funktionalität in die vorliegenden PEG-Derivate ist erwünscht für viele Syntheseanwendungen. Dieses kann durch Säurehydrolyse der Amidkomponenten erreicht werden (siehe Fig. 2 des Stammpatent EP-B- 0546055), wodurch die Aminogruppe, die ursprünglich im Diamin vorhanden war, freigelegt wird, oder durch weitere Kopplung eines freien oder monogeschützten niedrigmolekularen Diamins (z. B. Ethylen- oder Hexamethylendiamin) mit der Carboxylat-Endgruppe (siehe Fig. 3 des Stammpatents EP-B-0546055). Für Stammträger zum Beispiel, die mit bis(maleierten) PEG-Verbinder modifiziert sind (siehe Fig. 2 des Stammpatents EP-B-0546055), wird die terminal anhängige Maleyl-Gruppe selektiv hydrolysiert durch kontrollierte Behandlung mit einer Säure, zum Beispiel Trifluoressigsäure oder verdünnte Salzsäure, während die andere Maleyl-Gruppe, die jetzt das PEG mit dem Träger verbindet, im wesentlichen stabil ist. Über diese Verfahren, werden amino-funktionalisierte PEGmodifizierte Materialien schnell, effizient und ökonomisch hergestellt.
  • Bei dem vorliegenden Verfahren zu Herstellung von PEG-PS Pfropfcopolymeren, wird die Disäure oder das Anhydrid zuerst mit dem amino-funktionalisierten Trägermaterial reagiert, wodurch ein amid-verknüpftes carboxyl-funktionalisiertes Trägermaterial gebildet wird. Dieses carboxyl-funktionalisierte Trägermaterial wird aktiviert und dann mit einem Überschuss eines bifunktionalen Diaminpolymers in Kontakt gebracht, das durch die oben beschriebene Kernstruktur wiedergegeben wird.
  • Das PEG-Pfropfträgermaterial des Stammpatents EP-B-0546055 ermöglicht es, Biopolymere an dem PEG Ende zu sammeln (wie in seiner Fig. 1A gezeigt). In der vorliegenden Erfindung können jedoch Harzes aufgebaut werden, so dass die Peptidsynthese an einem anderen Punkt als dem PEG Ende erfolgen kann. Solche Harze sind in Fig. 1 hiervon illustriert und werden weiter durch die allgemeine Formel II wiedergegeben: Formel II
  • worin Y ein Diamino-Monocarbonsäurerest ist, der ggf. durch eine Nω-Schutzgruppe geschützt sein kann; n eine ganze Zahl von 5 bis 150 ist; SS ein fester Träger ist; A eine linerare Kette oder verzweigte C1-C10 Alkylgruppe ist, solche wie Methylen, Ethylen, Propylen, Isopropylen, Butylen und Isobutylen; und R¹, R² und R³ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen und Arylgruppen.
  • Ein PEG-Pfropfträgermaterial dieses Typs (Formel II) würde synthetisiert unter Verwendung eines monofunktionalisierten Polyethylenglykol (z. B. PEG Monoamin oder PEG Monomethylether), das derivatisiert wurde. Kommerziell erhältliche PEG Ausgangsmaterialien sind entweder monofunktionelles Jeffamine® oder PEG Monomethylether, der Methoxy- und Hydroxyl-Endgruppen hat. Polymere, die besonders nützlich für diesen Zweck sind, beinhalten eine Serie von Poly(oxethylen)diaminen, die ein Molekulargewicht bis zu etwa 6000 Daltons haben, die kommerziell erhältlich sind unter dem Handelsnamen Jeffamine®. (Texaco Chemicals Co., Bellaire, TX). Die Jeffamine® Poly(oxethylen)diaminharze sind aliphatische primäre Diamine, die strukturell von Polypropylenoxidgekapptem Polyethylenglykol abstammen.
  • Eine Aminogruppe auf dem PEG kann mit einer Dicarboxylsäure oder einem Anhydrid reagiert werden, wie bereits beschrieben. Alternativ können carboxylfunktionalisierte Derivate von MPEG durch Reaktion mit Ethylbromacetat, 4- Bromvalerat oder Isocyanacetat, gefolgt von einer Verseifung, hergestellt werden z. B. wie in der unten stehenden Gleichung gezeigt.
  • Fig. 2 hiervon illustriert schematisch die Synthese eines PEG-Harzes der Formel II. Entsprechend diesem Verfahren wird ein Nα-Fmoc (Nα-9- Fluorenylmethyloxycarbonyl), Nδ--Boc-Orn-PS (Nδ--tert-butyloxycarbonylornithin-PS)-Harz (oder eine Permutation dieses Stamms) selektiv entblockt und eine monofunktionalisierte PEG-Säure daran gekoppelt, um eine Verzweigung zu bilden, die orthogonal zu der grundlegenden Richtung des Biopolymer- Kettenwachstums ist. Ein Ornithin-Rest (wie gezeigt in Fig. 2) wird verwendet, um das PEG Derivaten an das feste Trägermaterial zu binden; andere chemische Komponenten können jedoch verwendet werden, die eine Carboxylgruppe und zwei Aminogruppen haben.
  • Polyethylenglykol-Polystyrol (PEG-PS) Pfropfträgermaterialien, die über die Verfahren dieser Erfindung hergestellt werden, sind besonders nützlich. PEG-PS Trägermaterialien, die hergestellt sind unter Verwendung der vorliegenden PEG Derivate, haben verschiedene erwünschte Charakteristika für Festphasenanwendungen: sie schwellen an in einer Vielzahl von Lösungsmitteln, sind stabil unter den Bedingungen, die bei den meisten Festphasensynthesen verwendet werden, und verhalten sich gut in beiden Batch- und Säulenreaktoren, die bei Festphasenanwendungen verwendet werden, insbesondere Festphasen- Peptidsynthese.
  • Festphasen Peptidsynthese beginnt typischerweise mit der kovalenten Anbindung des Carboxylendes einer ersten Aminosäure an das feste Trägermaterial. Die Carboxylgruppe einer Nα-geschützten Aminosäure wird kovalent gebunden an eine Henkelkomponente, die an die Aminogruppe des PEG Spacerarms an einem Punkt anders als dem PEG Ende angebunden ist (Fig. 1 und 2). Ein "Henkel" ist deiniert als ein bifunktioneller Spacer, der dazu dient um den Anfangs- Aminosäurerest an das polymere Trägermaterial anzubinden. Ein Ende des Henkels vereinigt eine leicht abspaltbare Schutzgruppe und das andere Ende des Henkels ist an das funktionalisierte feste Trägermaterial gekoppelt. Henkel, die mit den vorliegenden Spacerarmen bei der Festphasen Peptidsynthese verwendet werden können, beinhalten, zum Beispiel säurelabile p-Alkoxybenzyl(PAB)henkel, photolabile o-Nitrobenzylester-Henkel und Henkel, solche wie beschrieben werden von Alberico et al., J. Chem. 55: 3730-3743 (1990) und darin zitierten Referenzen.
  • Die geeigneten Henkel werden quantitativ in einem einzigen Schritt an das aminofunktionalisierte Trägermaterial gekoppelt, um einen allgemeinen Startpunkt für genau-definierte Strukturen für den Peptidekettenaufbau bereitzustellen. Die Henkel-Schutzgruppe wird entfernt und der C-terminale Rest der Nα-geschützten ersten Aminosäure wird quantitativ an den Henkel gekoppelt. Sobald der Henkel an die Festphase gekoppelt ist und die Anfangs-Aminosäure oder das Peptid an den Henkel angebunden ist, beginnt der allgemeine Synthesezyklus. Der Synthesezyklus besteht allgemein aus der Entschützung der Aminogruppe der Aminosäure oder des Peptids auf dem Harz, waschen, und, wenn notwendig, einen Neutralisationsschritt, gefolgt von der Reaktion mit einer carboxyl-aktivierten Formen der nächsten Nα-geschützten Aminosäure. Der Zyklus wird wiederholt, um das Peptide oder Protein von Interesse zu bilden. Festphasen Peptidsyntheseverfahren, die funktionalisierte unlösliche Trägermaterialien verwenden, sind gut bekannt. Merrifield, J. Am.Chem.Soc, 85 2149 (1963); Barany ans Merrifield, In Peptides, Vol. 2, pp. 1-284 (1979); Barany et al., Int J. Peptide Protein Res., 30: 705-739 (1987).
  • Die vorliegenden PEG Derivaten sind besonders nützlich als Spacer-Arme, die das inerte Trägermaterialien von den reagierenden Aminosäuren trennen, die die Peptidkette während des Syntheseprozesses bilden. Die Wahl eines Spacerarms, der diesen Abstand bereitstellt, ist ein kritischer Parameter bei Festphasenanwendungen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl von PEG Spacerarmen, die ein mittleres Molekulargewicht von etwa 2000 Daltons haben, zwischen amino-funktionalisierten Gruppen auf einem Polystyrol- Rückgrat und dem Punkt zur Anbindung der geeigneten Henkel eingebracht. Das resultierende PEG-PS Pfropfträgermaterial enthält etwa gleiche Gewichtsmengen PEG und PS. Diese Trägermaterialien zeigen reproduziertbare Vorteile gegenüber PS Trägermaterialien im Hinblick auf physikalische und chemische Eigenschaften, sowie Quellung und bei der Synthese von Modellpeptiden. Die PEG-PS Trägermaterialien dieser Erfindung erlauben die Ausführung der Peptidsynthese unter Verwendung von Acetonitril als Lösungsmitteln für alle Reaktionsschritte und zum Waschen. Das Kontrollexperiment unter Verwendung von PS und Acetonitril als Lösungsmittel resultiert in keinem Peptidprodukt.
  • In einer weiteren Ausführungsform wurden Vergleichsversuche ausgeführt, bei denen die schwierige Acyl-Trägerprotein 65-74-Deacpeptidsequenz synthetisiert wurde unter Verwendung von Fmoc-Aminosäure. Das Peptid wurde in höherer Reinheit auf diesem neuen PEG-PS produziert als auf jedem PS, TentagelTM (eine Marke von Rapp Chem., Tübingen, Deutschland), oder Pepsyn KTM (eine Marke von Cambridge Research Biochem., Cambridge, England). Das PEG-PS Material erwies sich als sehr geeignet für beides Durchflusssynthese und Batchoperation. Vernachlässigbare Gegendrücke wurden sogar bei hohen Flussraten gefunden.
  • Der allgemeine Nutzen der PEG-PS Pfropfträgermaterialien wurde demonstriert durch Synthese einer Anzahl von langem (z. B. die etwa 30 bis 60 Reste hatten) komplexen Peptidsequenzen, solche wie Cecrophinanaloge, Calcitonin, β- Endorphin, Corticotropin-Releasingfaktor, zwei Zink-fingerbindende Sequenzen und verschiedene partielle Sequenzen von HIV I tat Protein. Die Verbesserung der synthetischen Effizienz, die aus der Verwendung der vorliegenden PEG-PS Verbinder resultiert, scheint von einem oder mehrerem des folgenden herzurühren: (i) ein Spacerarm Effekt, der die Reaktionsstelle aus der Umgebung des Polymerrückgrats entfernt; (ii) ein allgemeiner Umgebungseffekt, der die hydrophobe Natur des Harzes modifiziert mit einem gleichzeitig günstigen Einfluss auf die Reaktionsraten; und (iii) ein spezifischer Effekte auf konformationsbedingt schwierige Kopplungen durch verminderte Sekundärstrukturen (Hydrogenbindungs-Bildung).
  • Die PEG Derivaten können auch bei der Synthese oder Sequenzierung von Nukleinsäuren als Spacerarme oder Verbinder zwischen einem inerten Trägermaterial und dem regierenden Nukleotid oder der Nukleinsäuren verwendet werden. Beispielsweise können die Derivaten an Polystyrolharze, wie oben beschrieben, angelagert werden und bei der amidit-vermittelten DNA Synthese verwendet werden. Die PEG-PS HArze quellen in Acetonitril, das als Lösungsmittel bei der Amidit-Kopplungsmethode verwendet wird.
  • Die Erfindung wird nun weiter illustriert durch die folgenden Beispiele
  • Beispiele Beispiel 1. Herstellung eines Carboxylmethyl Derivates von Pol ethylenglykolmethylether (MPEG)
  • Eine Lösung von Polyethylenglykolmethylether (MPEG), Mw 2000 (100 g, 50 mmol) in Toluol (500 ml) wurde zur azeotopen Trocknung über Nacht unter Rückfluss gekocht, wobei Wasser über einen Dean-Stark-Fallen-Aufbau entfernt wurde. Die Lösung wurde auf 80ºC gekühlt, mit Kalium-tert-butoxid behandelt (11,2 g, 0,1 mol), und dann wurde eine Mischung aus Ethylbromacetat (11 ml, 0,1 mol) und Toluol (10 ml) über 30 Minuten zugegeben. Die Reaktion wurde 8 Stunden bei 90ºC fortgesetzt, worauf folgend das Gemisch in einem Rotationsverdampfer konzentriert wurde, um eine braune, visköse Schmelze zu bilden. Dichlormethan (500 ml) wurde zum Extrahierten des Polymers zugegeben, und aktiviertes Aluminiumoxid (200 g) wurde zugegeben. Nach 30 Minuten wurde die organische Phase durch Filtration gesammelt, teilweise konzentriert (bis -100 ml), mit Ethylether kombiniert (700 ml) und für mehrere Stunden auf -20ºC gebracht. Das ausgefällte Polymer wurde durch Filtration gesammelt, luftgetrocknet und in wässrigem Natriumhydroxid (1 N, 500 ml) für 3 Stunden, 25ºC aufgenommen. Die Verseifungsreaktion wurde durch Ansäuerung mit konzentrierter wässrige HCL auf pH 3 gestoppt und das Produkt wurde in Dichlormethan extrahiert (3 · 250 ml). Die organische Phase wurde getrocknet (MgSO&sub4;), teilweise konzentriert (bis -100 ml), kombiniert mit Ethylether (700 ml) und für mehrere Stunden auf -20 Grad Celsius gebracht. Das Endprodukt wurde durch Filtration gesammelt und im Vakuum getrocknet über P&sub2;O&sub5; für mehrere Tage. Ausbeute: 75 g (73%), die Titration auf Carboxylgruppen 94% der Theorie. NMR- Daten und Elementaranalyse in Übereinstimmung mit Struktur.
  • Beispiel 2. Herstellung eines PEG-Orn(Boc)-PS Harzes
  • Ein Aminomethyl-Polystyrolharz Trägermaterial (6,0 g, 0,95 mmol/g, 5,7 mmol) wurde mit Nα-Fmoc, Nδ-Boc-Ornithin über Standardverfahren derivatisiert. Das Harzes wurde gequollen und gewaschen mit Dichlormethan, neutralisiert mit 5% DIEA in Dichlormethan (1 · 5 min + 3 · 10 min), und mit Dichlormethan gewaschen. Die Kopplung des Orn-Derivates wurde vermittelt durch N,N'- Diisopropylcarbodümid (DIPCDI)/HOBt in DMF(3 Äquivalente jedes, 15 min Voraktivierung, 40 ml Redaktionsvolumen), 3 Stunden. Waschen mit DMF und Diclormethan folgte. Ein Ninhydrin-Test an einer Probe war fast negativ, aber unreagierte Stellen wurden blockierte durch verkappen mit Acetanhydrid (4,5 ml, 5 Äquivalente) und Triethylamin (7,0 ml, 5 Äquivalente) in DMF (20 ml), 30 Minuten. Das geschützte ORN-PS Harz (0,78 mmol/g, entsprechend der theoretischen Beladung wie dem erwarteten Gewichtsanstieg angepasst) wurde mit DMF, Dichlormethan gewaschen und behandelt mit Poperidin-DMF (1 : 4, v/v) (2 + 10 min) um selektive die Nα-Fmoc-Gruppen zu entfernen. Weiteres Waschen mit DMF, Dichlormethan, 2-Propanol und DMF-Dichlormethan (3 : 7, v/v) bereitete das Harzes für die Kopplung des MPEG-Säurederivates vor, hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben. Eine Lösung der MPEG-Säure (37 g, 18 mmol) in DMF- Dichlormethan (3 : 7, v/v, 75 ml) wurde kombiniert mit HOBt (2,75 g, 18 mmol) und DIPCDI (2,83 ml, 18 mmol) für 15 Minuten und wurde dann zu dem H-Orn(Boc)- PS Harz gegeben. Die Kopplung ging weiter für 5 Stunden, einen geringfügig positiven Ninhydrin-Test gebend. Eine zweite Kopplung folgte mit geringeren Mengen von MPEG-Säurederivat und aktivierten Mitteln (9 mmol Maßstab) und Acetylierung über die bereits beschriebenen Verfahren. Das endgültige MPEG- Orn(Boc)-PS Harz wurde mit Dichlormethan, DMF, Dichlormethan und Methanol gewaschen und im Vakuum über P&sub2;O&sub5; für 48 Stunden getrocknet. Es wurden 16,9 g des Harzes erhalten (exzellente Übereinstimmung mit der theoretischen Gewichtsausbeute) mit einer Beladung von nur 0,31 mmol/g, umfassend PEG : PS : Orn = 0,57 : 0,36 : 0,07 nach Gewicht (basierend auf der Elementaranalyse und Aminosäurenanalyse). Gleiche Ergebnisse wurden erhalten, wenn BOP/HOBt/NMM in DMF benutzt wurde zur Aktivierung und Kopplung.
  • Beispiel 3 Kontinuierlicher Fluss Peptidsynthese mit Polyethylengkol- Polystyrol Pfropf (PFG-PS)
  • PEG-Orn(Boc)-PS, das hergestellt wurde wie in Beispiel 2 beschrieben, wurde mit TFA-Dichlormethan (1 : 1) (5 + 25 min) behandelt, um selektiv die Nδ-Boc-gruppe zu entfernen. Darauf folgte waschen mit Dichlormethan, Neutralisisation mit 5% DIEA in Dichlormethan und Dichlormethan. Ein Fmoc-PAL-Henkel wurde zugegeben, und ein MilliGen/Biosearch Model 9050 Peptidsynthetisierer wurde verwendet mit einem DIPCDI + HOBt Kopplungsprotokoll (0,05 M Konzentrationen) um die herausfordernde Deca-Alanyl-Valin-Sequenz herzustellen. In einem folgenden Durchlauf wurde ein normales Polystyrolträgermaterial verwendet, um die gleiche Sequenz zu machen. Die Reinheit des Peptides, basierend auf HPLC, war 77% wenn PEG-PS verwendet wurde, im Vergleich zu 53% wenn PS verwendet wurde.

Claims (10)

1. Ein Verfahren zur Herstellung eines Harzes zur Festphasen Peptid-Synthese, umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen eines amino-funktionalisierten, festen Trägers, der mit einer geschützten Diamino-Monocarbonsäure verbunden ist;
b) Entfernen einer Schutzgruppe von einer der zwei Nω-Amino-Komponeneten; und
c) Koppeln eines monofunktionellen, carboxylterminalen Polyethylenglykolderivates an die entschützte Nω-Aminogruppe um dadurch ein Harz herzustellen; wobei das Harzes dargestellt ist durch die Formel
worin Y ein Diamino-Monocarbonsäurerest ist, der ggf. durch eine Nω-Schutzgruppe geschützt sein kann; n eine ganze Zahl von 5 bis 150 ist; SS ein fester Träger ist; A eine linerare Kette oder verzweigte C1-C10 Alkylgruppe ist; und R¹, R² und R³ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen und Arylgruppen.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin der feste Träger ausgewählt ist aus amino-funktionellen Membranen, porösem Glas, Silikaten, Polystyrolen, Polydimethylacrylamiden, Baumwolle und Papier.
3. Das Verfahren nach Anspruch 2, worin das Polystyrol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino-Polystyrol, Aminomethyl-Polystyrol, Aminoacyl- Polystyrol und p-Methylbenzhydrylamin-Polystyrol.
4. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin R¹, R² und R³ unabhängig voneinander Wasserstoff sind oder R¹ eine Methylgruppe ist.
5. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin A ist unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen, Propylen, Isopropylen, Butylen und Isobutylen.
6. Das Verfahren nach Ansprüchen 1-5, worin die Nω-geschützte Diaminomonocarbonsäure Ornithin ist.
7. Das Verfahren nach Ansprüchen 1-6, worin das monofunktionelle, carboxylterminale Polyethylenglykolderivat gebildet wird durch Reaktion eines aminoderivartisierten Polyethylenglykols mit einer Dicarbonsäure oder einem Dicarbonsäureanhydrid.
8. Das Verfahren nach Anspruch 7, worin die Dicarbonsäure ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure und Adipinsäure.
9. Das Verfahren nach Anspruch 7, worin die Dicarbonsäure ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid und Phthalsäureanhydrid.
10. Das Verfahren nach Ansprüchen 1-6, worin das monofunktionelle, carboxylterminale Polyethylenglykolderivat gebildet wird durch die Schritte
d) Reagieren von Monomethyl-polyethylenglykol mit Ethylbromacetat, 4- Bromvalerat oder Isocyanat; und
e) das Produkts von Schritt d) der Verseifung unterworfen wird.
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