組合化學的高通量合成策略

1、組合化學的高通量合成策略         10-05-19 08:55:00     作者：段梅莉     編輯：studa20【摘 要】本文對一門新興的用于新藥開發(fā)的組合化學技術進行了簡要的歸納和總結。組合化學的高通量合成策略從合成方法學上歸納為三類方法:平行合成法、裂分合成法、集組式合成。并概括介紹了高通量合成的重要輔助因子固相載體技術和自動化技術。 【關鍵詞】組合化學 高通量合成 新藥開發(fā) 20世紀80年代末興起的組合化學技術在新

2、藥開發(fā)的過程中,在先導物的發(fā)現(xiàn)和結構優(yōu)化上取得了卓有成效的研發(fā)結果。組合化學所運用的高通量合成技術與傳統(tǒng)的有機合成有顯著的不同。如圖1所示,一般有機合成方法每次合成得到一個產(chǎn)物。高通量合成技術則是進行組合合成,用一個構建模塊A與另一個構建模塊B的n個單元同時進行一步反應,可以得到n個產(chǎn)物。用一個構建模塊A的m個單元與另一個構建模塊B的n個單元同時進行一步反應,則得到m×n個化合物;若進行Y步反應,則得到n×n×Y或m×n×Y個化合物。有人作過統(tǒng)計,一個化學家用組合合成在26周完成的工作量,相當于十個化學家用傳統(tǒng)方法花費一年時間才能合成得到的化合

3、物數(shù)目。由此可見,高通量合成大幅度提高了新化合物的合成效率,減少了時間和資金的消耗,成為繼20世紀末至今化學研究的一個熱點。 高通量合成可以分為固相組合合成和液相組合合成兩大類,組合化合物庫也相應的分類為固相庫和液相庫。因此庫化合物的合成策略應當圍繞著這二大類組合合成展開進行。高通量合成從合成方法學上來說,可歸納為以下三種方式:平行合成法;裂分合成法;集組式合成。 1 平行合成法(Parallel synthesis) 也稱間隔平行式合成。間隔平行式合成的基本原理是一孔一化合物。與傳統(tǒng)有機合成的原理相似,通過空間隔開的整齊排列的反應器皿來平行合成化合物。由于在特定區(qū)域可得到很純的化合物,因此化

4、合物結構測定容易,參數(shù)相對容易取得。該方法的特點是合成速度較快、化合物數(shù)目較大,可用于固相組合合成和液相組合合成中。平行合成法多使用96孔微量滴定板操作。平行合成法已成功用于抗菌化合物和神經(jīng)激肽-2拮抗劑類似物等化合物庫的制備。 當化合物庫有許多生物活性化合物供篩選時,使用平行合成法最適合。因為平行合成法合成的化合物是一孔一化合物,單個化合物對新藥開發(fā)中先導化合物優(yōu)化和構效關系研究(SAR)特別有價值。平行液相合成和平行固相合成均可快速、高效的合成出對應大量單個化合物的液相庫和固相庫。固相庫的合成產(chǎn)量可以從納摩爾到毫摩爾不等,一般來說液相庫的產(chǎn)量較固相庫高?；衔飵烊萘吭趲浊б陨蠒r,多采用自動

5、化裝置進行合成。 1.1 多針法(Polypin) 也稱多中心合成法,它是Geyson教授發(fā)明的用于多肽合成的一種96孔微量滴定板反應裝置。該裝置每孔對應使用長40mm,直徑4mm的聚乙烯小棒(針)固定在滴定板上進行操作。每個小棒承載的化合物量在100納摩爾-50微摩爾不等,可合成超過25mg的產(chǎn)物。這種多針合成反應裝置已成功地用于口蹄疫病毒抗原體的免疫學研究上。 多針合成法的具體操作是,將浸在丙烯酸水溶液中的聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)小棒用射線照射,使針的表面活化?；罨蟮尼槺霍然采w。這些羧基與長鏈的結合分子連接后,就提供了既能增加反應體系流動性又可以連接構件的氨基基團。把不同的氨基

6、酸溶液反應試劑移到96孔微板的每個孔中,即可對每一根針進行獨立的合成反應。在每步反應完成后將小棒移開,在一個公共反應器中對這些小棒同時進行樹脂珠的沖洗等純化操作。重復這些操作直至拿到理想化合物。對應小棒上的目標產(chǎn)物可通過切割分離到滴定板的每個孔中,就使得每個孔均含有一個單獨的化合物。使用連在針上的多肽進行生物活性測定時,可與多種靶分子進行結合試驗,操作可反復進行多達幾十次。 多針合成法是一種有效平行合成多肽的方法,尤其是以羧基或酰胺結尾的多肽。該法也可用以合成苯并二氮雜窧類有機小分子化合物庫。目前該技術正向著高負載量、多種官能團化的固相載體材料以及多樣性豐富的化學反應方向發(fā)展。在先期為抗原位點

7、研究進行的多肽合成中,多針合成法產(chǎn)生了非常大的影響,已成為最有價值的組合化學合成技術的標志。 1.2 茶葉袋法(Tea-bag) 茶葉袋法是Houghten教授1986年發(fā)明的一種組合合成技術。該技術自使用以來,對探明激素分子活性片段有關的構效關系研究、對蛋白質片斷構象的探察以及對RGD肽類似物的深入研究都顯示了很大的功效。 該方法的固相載體為常見的Merrifield聚苯乙烯樹脂,反應容器為化學惰性的多孔PE小袋,袋子的大小尺寸約為15mm×22mm,茶葉袋網(wǎng)眼74um,可防止樹脂珠漏出,保證溶劑等可溶性物質的出入。為了高通量合成大容量的多肽庫,節(jié)省時間和工作量,在相同的化學反應步

8、驟中,每一個反應器內(nèi)可容納多個袋子,同時進行相同的反應,集中進行洗滌、脫保護和中和。再集中切除樹脂珠。根據(jù)茶葉袋的尺寸和樹脂珠的質量,化合物庫每個產(chǎn)物的產(chǎn)量大約為7-15mg,多的可達100mg。使用這種集中進行共同反應步驟的方法,在制備肽庫時大大提高了合成效率,使之成為組合合成的典型范例。 1.3 點陣法 該法是以纖維素紙片作為固相載體的合成技術。以纖維素為基質的紙片具有多孔性和極性,可在篩選時避免出現(xiàn)非特異性蛋白結合的副作用。但其缺點是不耐受強酸環(huán)境,僅適合Fmoc保護方式的構件。該合成反應操作簡便,雖無制備意義,但其合成技巧可以與嫁接多針掃描法及超大規(guī)模固定化多肽合成技術相媲美。點陣法多

9、肽庫的合成已用于對人體巨細胞病毒蛋白抗原決定簇的定位試驗。 點陣法斑點合成技術操作是,控制所用試劑的體積,選擇斑點的位置,使斑點布滿一張紙面而又不發(fā)生重疊。這些斑點對應不同的多肽,可以用鉛筆標記斑點。將結合分子接到紙上后,對每個斑點滴加相應高濃度的氨基酸活化酯溶液,經(jīng)洗滌-脫保護-再洗滌處理,完成一個構件的縮合。如此反復操作進行多肽的合成。用溴酚藍指示劑給紙片染色,通過觀察由藍到黃的顏色變化(游離的氨基被?；?來跟蹤反應進程。 1.4 光印法(Light-directed parallel synthesis) 也稱超大規(guī)模固定化多肽合成(very large scale immobilized peptide synthesis, VLSIPS)。光印法是將固相合成技術與光敏式印刷技術結合為一體的一種高通量合成方法。它是平行合成中較為特殊的一種方法,其關鍵技術是對光不穩(wěn)定的保護基通過特殊位置的光照會選擇性的斷裂。該法可以在一張50um2的玻璃載片上合成出容量高達5萬的多肽或寡聚核苷酸的化合物庫。并且每種特定產(chǎn)物序列占據(jù)空間的一個特定區(qū)域。由于篩選是連在載體上進行,經(jīng)熒光顯色篩選識別出有生物活性化合物的結構,可由其所在位置得到確認,合成十分精確。該合成技術已用于內(nèi)啡肽的抗體合成篩選試驗。 2 裂分合成法(split-poll synthesis) 亦稱混合-裂分式合成、一珠