Συνδυαστική Χημεία. Διασύνδεση αμινών επί στερεών υποστρωμάτων

Abstract

In this dissertation, the application of selectively protected diamines in Solid Phase Organic Chemistry (SPOC) and Combinatorial Chemistry, are described. Diamines, especially those derived from naturally occurring α-amino acids, are contained in several important drugs. Using resins of the trityl-type, synthesis of new lead-compounds that incorporate diamines is simple and fast. To study the application of selectively protected diamines in SPOC, they were synthesized following a simple methodology which allow their preparation in high yield and purity, in any scale. Key-compounds for that synthesis, were N-Boc-protected β-aminoalcohol-methanesulfonates, derived from naturally occurring α-amino acids. Their treatment with potassium phthalimide afforded the selectively protected N1-Boc,N2-phthaloyl-1,2-diamines. Acidolytic cleavage of Boc-protecting group afforded the mono-phthaloyl protected diamines, which can be used directly in SPOC using Fmoc/tBu-methodology. To study the application of mono-protected diamines in SPOC, they were: Attached through their free amine function on resins of the trityl-type such as 2-chlorotrityl- (2-CLTR-), trityl- (TRT-), 4-methoxytrityl- (MMT-) and 4,4/-dimethoxytrityl- (DMT-), under mild conditions, fast and in high yield. Inserted in peptide chains, by their reaction with aminoacid 1-benzotriazolyl esters, protected at their amino functions with TRT- or 2-CLTR-resins. Inserted in peptide chains, by their reaction with haloacetyl-derivatives attached through either carboxy-, amino- or hydroxy-functions on TRT- or 2-CLTR-resins. The secondary amine-function formed after the reaction was acylated using standard conditions. After the incorporation of the phthalimide-compounds on solid phase, the phthaloyl-protecting group was removed by hydrazinolysis, and peptide chains were assembled using Fmoc/tBu-protected amino acids on the liberated amino functions. As the next, we study the rate and selectivity of cleavage of the diamino-compounds from the corresponding trityl-type resins, under extremely mild conditions using either 1% trifluoroacetic acid (TFA)/dichloromethane (DCM) or 7:2:1 DCM/ acetic acid (AcOH) /trifluoroethanol (TFE) or 35% hexafluoroisopropanol (HFIP)/DCM. Under these conditions tBu- and Trt-type protecting groups remained intact. The protected fragments were obtained in high yield and purity, allowing their further application in Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS). As the next, we examined the utility of the selectively protected diamines in Combinatorial Chemistry. Thus, using the methodology we describe for their application in SPOS, we synthesized small libraries of organic compounds. These libraries were analyzed using HPLC and their constituents were identified by ES-MS.

Στην παρούσα διατριβή περιγράφεται η εφαρμογή εκλεκτικά προστατευμένων διαμινών στην Οργανική Σύνθεση σε Στερεά Φάση (ΟΣΣΦ) και την Συνδυαστική Χημεία. Οι διαμίνες, και ειδικότερα αυτές που προέρχονται από α-αμινοξέα, περιέχονται σε ένα μεγάλο αριθμό σημαντικών φαρμακευτικών ενώσεων. Χρησιμοποιώντας ρητίνες τριτυλ-τύπου η σύνθεση ενώσεων που ενσωματώνουν διαμίνες, μπορεί να γίνει πιο απλά και γρήγορα. Για την μελέτη της εφαρμογής εκλεκτικά προστατευμένων διαμινών στην ΟΣΣΦ, αυτές συντέθηκαν ακολουθώντας μια απλή στρατηγική, η οποία επιτρέπει την απομόνωση τους σε πολύ υψηλή καθαρότητα και απόδοση, για οποιαδήποτε κλίμακα αντιδράσεων. Σημαντικές ενδιάμεσες ενώσεις σε αυτή τη σύνθεση, ήταν οι μεθανσουλφονικοί εστέρες των Ν-Βoc-προστατευμένών β-αμινοαλκοολών, προερχόμενων από φυσικά α-αμινοξέα. Κατεργασία αυτών των εστέρων με κάλιο-φθαλιμίδιο, οδήγησε στις εκλεκτικά προστατευμένες Ν1-Boc-Ν2-φθαλοϋλ-1,2-διαμίνες. Απομάκρυνση σε όξινες συνθήκες της Boc-προστατευτικής ομάδας, οδήγησε στις μόνο-φθαλοϋλ-προστατευμένες διαμίνες οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας στην ΟΣΣΦ και είναι συμβατές με την Fmoc/tBu-μεθοδολογία. Για την μελέτη της εφαρμογής των παραπάνω μόνο-προστατευμένων διαμινών στην ΟΣΣΦ, αυτές : Διασυνδέθηκαν μέσω της ελεύθερης Ν1-αμινομάδας τους σε ρητίνες τριτyλ-τύπου, όπως οι 2-χλωροτριτύλ- (2-CLTR-), τριτύλ- (TRT-), 4-μεθοξυτριτύλ- (MMT-) και 4,4΄-διμεθοξυτριτύλ- (DMT-), ακολουθώντας ήπιες συνθήκες, γρήγορα και σε υψηλή απόδοση. Εισήχθησαν σε πεπτιδικές αλυσίδες, με αντίδραση τους με βενζοτριαζολύλ-εστέρες αμινοξέων διασυνδεδεμένων μέσω της Να-αμινομάδας τους στις 2-CLTR- και TRT-ρητίνες. Εισήχθησαν σε πεπτιδικές αλυσίδες, με αντίδραση τους με αλογόνοακετυλ-παράγωγα, διασυνδεδεμένα μέσω καρβοξυλομάδων, αμινομάδων ή υδροξυλομάδων στις 2-CLTR- και TRT-ρητίνες. Η δευτεροταγής αμινομάδα που δημιουργήθηκε ακυλιώθηκε χρησιμοποιώντας κλασικές μεθόδους. Μετά την εισαγωγή των φθαλιμίδ-ενώσεων στην στερεά φάση, η φθαλοϋλ-προστατευτική ομάδα απομακρύνθηκε πλήρως με υδραζινόλυση. Επί των αμινομάδων που ελευθερώθηκαν, συντέθηκαν πεπτιδικές αλυσίδες, χρησιμοποιώντας Fmoc/tBu- και Fmoc/Τrt- αμινοξέα. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η ταχύτητα και η εκλεκτικότητα της διάσπασης των διάμινο-παραγώγων από τις αντίστοιχες ρητίνες τριτyλ-τύπου κάτω από εξαιρετικά ήπια όξινες συνθήκες χρησιμοποιώντας είτε 1% τριφθοροξικό οξύ (ΤFA)/διχλωρομεθάνιο (DCM), ή 7:2:1 DCM/οξικό οξύ (AcOH)/τριφθοροεθανόλη (TFE) ή 35% εξαφθοροϊσοπροπανόλη (HFIP)/DCM. Στις συνθήκες αυτές οι tBu- και Τrt-τύπου προστατευτικές ομάδες παρέμειναν ανέπαφες. Τα προστατευμένα πεπτιδικά τμήματα που συντέθηκαν, ελήφθησαν σε υψηλή απόδοση και καθαρότητα επιτρέποντας την ενδεχόμενη περαιτέρω εφαρμογή τους στην Πεπτιδική Σύνθεση σε Στερεά Φάση (ΠΣΣΦ). Παράλληλα μελετήθηκαν οι συνθήκες εφαρμογής των εκλεκτικά προστατευμένων διαμινών στην Συνδυαστική Χημεία. Για αυτό χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία που περιγράφεται για την εφαρμογή τους στην ΟΣΣΦ, συντέθηκαν μίγματα ενώσεων. Οι βιβλιοθήκες που συντέθηκαν ήταν δυνατό να αναλυθούν χρησιμοποιώντας HPLC, και τα συστατικά τους ταυτοποιήθηκαν με βάση το μοριακό τους βάρος.