ポリペプチド合成におけるアミノ酸のラセミ化についての簡単な紹介

ペプチド開発:

フィッシャーのグループが 1901 年に最初のジペプチド分子の合成を完了して以来、ペプチド合成には 100 年以上の歴史があります。創薬および材料化学の分野におけるペプチドの需要の増大に伴い、ペプチド合成戦略の研究は多くの飛躍を遂げてきました。

ペプチド結合合成におけるラセミ化は常に大きな問題であり、ペプチド化学におけるホットスポットの 1 つです。ペプチド結合の形成にはカルボン酸の活性化が必要であり、活性化されたカルボン酸中間体とその後の縮合プロセスによりラセミ化が起こる可能性があります。

ラセミ化のメカニズム:

詳細な調査により、このラセミ化には 2 つのメカニズムがあることが判明しました。最初のメカニズムは直接ラセミ化です。水素プロトンはα炭素から直接抽出されます (パス A)。 2 番目のメカニズムは、オキサゾール環のプロセスによるものです。オキサゾール環の α 水素プロトンが捕捉されます (パス B)。 ラセミ化のメカニズムを次の図に示します。

図 1: ラセミ化メカニズム (A) 直接ラセミ化。 (B) オキサゾール環によるラセミ化

ラセミ化に影響を与える要因:

ペプチド結合のラセミ化に影響を与える主な要因は 3 つあります。

(1) アルカリの要因。

(2) 付加的な要因。

(3) 凝縮剤の要因。

1: アルカリ性要因

カルピン ら。有機塩基の塩基性と立体障害がラセミ化に大きな影響を与えることが1990年代に発見されました。ペプチド縮合反応で最も広く使用される有機塩基は、 N, N- ジイソプロピル ジエチルエチルアミン (DIEA)、N-メチルモルホリン (NMM)、および 2,4,6-コリジン(TMP、コリジン)。このうち、N,N-ジイソプロピルエチルアミンはより塩基性が高く (pKa10.1)、N-メチルモルホリン (pKa 7.38) と 2,4,6-コリジンは(pKa 7.43) はより弱く、多くのペプチド結合形成では 2,4,6-コリジン (TMP、コリジン) の立体障害が大きいため、2,4,6-コリジン (TMP) によって生成されるラセミ化は少なくなります。また、一般的に使用されるトリエチルアミンは、立体障害が小さくアルカリ性が強いため、N,N-ジイソプロピルエチルアミンやN-メチルモルホリンよりもラセミ化速度が速いです。

以下の図は、アミノ酸 N-カルボン酸無水物 (NCA) 誘導体のラセミ化率を示しています。

アミノ酸の N-カルボン酸無水物誘導体をさまざまな有機塩基でラセミ化し、その後ベンジルアミンと縮合した結果を以下の図に示します。

この結果は、2,4,6-コリジン (TMP、コリジン) が最も少ないラセミ生成物を生成したことを示しています。

別のレポートでは、Carpino et al.らは、ポリペプチド断片の結合でも同様の結果を発見した。 2,4,6-コリジン (TMP、コリジン) はラセミ生成物を最も少なく生成しました。この反応では、ジペプチド Z-Phe-Val-OH とアラニン メチル エステル塩酸塩 (H-Ala-OMe・HCl) の縮合では、使用する縮合剤に関係なく常に TMP のラセミ化が最小限に抑えられます。

Z-Phe-Val-Ala-OMe ペプチドフラグメント合成 (2+1) のラセミ化を以下の図に示します。

第二に、付加的な要因

添加剤の添加はペプチド合成における一般的な方法であり、収率を高め、ラセミ化の副反応を減らすことができます。特に DIC などのカルボジイミド タイプの縮合剤を使用する場合、添加剤の添加は特に重要です。現在、一般的に使用されている添加剤は主に一部のベンゾトリアゾール化合物 (HOXt) であり、主に HOBt、HOAt、6-Cl-HOBt が含まれます。これらのベンゾトリアゾール化合物は酸性が高く（pKa HOBt: 4.60、pKa HOAt: 3.28、pKa 6-Cl-HOBt: 3.35）、カルボン酸と反応性中間体を形成する可能性があります。私たちは、カルボジイミド縮合剤がカルボン酸との活性中間体、つまり O-アシルイソ尿素化合物を形成する可能性があることを知っています。ただし、O-アシルソウライド化合物と比較して、ベンゾトリアゾールとカルボン酸によって形成される活性中間体はより安定しているため、O- アシルソウライド化合物の N- アシルソウライド化合物への再配列を回避でき、その結果、反応性。 上記の 3 つの添加剤の中で、HOBt は活性が最も低く、通常はラセミ副反応が最も多くなります。 HOAt は活性が最も高く、ラセミ化の副反応が最小限です。 HOAt のピリジン環上の 7 位窒素原子のオルト位の関与効果が、HOAt の高い活性の鍵となる要因です。

近年、アルベリシオのグループによっていくつかの新しいオキシム含有添加剤が開発され、ペプチド結合の合成に適用することに成功しました。 2 つの最も重要な添加剤は、2-オキシム シアノ酢酸エチル (OxymaPure) と 1,3-ジメチルビリネート (Oxyma-B) です。カルボジイミド縮合剤 DIC と組み合わせて使用​​すると、2-オキシム シアノ酢酸エチルと 1,3-ジメチルビリン酸の縮合収率は HOAt と同等ですが、ラセミ化の副反応が少なくなります。ペプチドフラグメントのより困難な[2+1]縮合反応において、2-オキシムシアノ酢酸エチルと1,3-ジメチルビリン酸もHOBtよりも優れたラセミ化阻害効果を示しました。ラセミ化を検証するためのさらなる実験において、Albericio et al.は、固相合成を使用していくつかのトリペプチド化合物を調製しました。これらのトリペプチドには、特にラセミ化されやすいアミノ酸、セリン (Ser)、システイン (Cys)、およびヒスチジン (His) が含まれています。 1,3-ジメチルシリル酸 (Oxyma-B) がラセミ化の阻害に最も効果があり、HOAt および 2-オキシム シアノ酢酸エチル (OxymaPure) よりも優れていることがわかりました。

Z-Phg-Pro-NH2 の合成 (固相合成) を以下の図に示します。

ジペプチド Z-Phe-Val-OH と H-Pro-NH2 の縮合 (液相合成) を以下の図に示します。

トリペプチド H-Gly-AA-Phe-NH2 (AA = Ser、Cys、Cys (Acm) または His) の固相合成を以下の図に示します。

三、縮合剤の要因

縮合試薬にはさまざまな構造とタイプがあり、主に次のカテゴリが含まれます: カルボジイミド、アンモニウム塩、リン塩、ピリジニウム塩、キノリン、リン酸塩など。HOXt、OxymaPure、および Oxyma-B は、いくつかのアンモニウム塩またはリン塩と組み合わせることができます。独立した凝縮剤になります。しかしながら、上記の縮合剤のほとんどは、高度のラセミ化を生じます。したがって、ラセミ化の発生を抑制するには、HOBt、HOAt、Oxyma などのラセミ化阻害剤を反応に添加して、形成された活性化エステルによるラセミ化を回避する必要があります。回転。

最近、ブリストル・マイヤーズ スクイブ社のグレゴリー・Ｌ・ボイトナーのチームは、非常に効率的な酸アミド縮合系を報告した。アシルイミダゾリウム塩は、非常に効率的なアシル移動試薬として長い間考えられており、アミドの合成に使用されてきました。イミダゾリウム塩の活性もアシルイミダゾールの活性よりも高い。アシルイミダゾリウム塩は一般にアシルイミダゾールと、メールワイン塩、ヨウ化メチルなどの強力なアルキル化試薬を必要とします。Rapoport et al.は、CDI アナログの窒素メチルイミダゾリウム塩が難題の酸アミン縮合に使用されることを報告しましたが、高反応性のアルキル化試薬から試薬を分離すること自体が課題です。 Gregoryらによって報告された輝点。それは、高活性なアシルイミダゾリウム塩を単離する必要がないということですが、TCFH と NMI を効果的に組み合わせてその場で生成し、それを困難な酸アミド縮合反応に使用するという効果的な戦略により、非常に良好な結果が得られました。効果と製品は良好なキラリティーを得ることができます。反応機構は以下の通りです。

以下の図に示すように、反応系はペプチド合成のキラリティーを 99.9% 維持でき、ラセミ化抑制効果と収率が非常に優れています。

2020年、村松渉らによるACS触媒。日本からの研究者らは、シラン媒介の酸-アミン縮合反応を報告し、これによりラセミ化の問題もうまく解決されました。この反応系の反応条件は非常に穏やかで、反応は下図のようになります。

上の図の PG 保護基は、アセチル、ベンゾイル、およびその他の基にすることができます。このタイプのアミノ酸の他の縮合剤では、ラセミ化をうまく制御することが一般に困難です。

参考文献:

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