Las "peculiaridades" de los grupos carboxilo e hidroxilo en la síntesis de péptidos

En la síntesis de péptidos, los grupos carboxilo e hidroxilo son dos grupos funcionales comunes. El grupo carboxilo es la unidad estructural básica para la formación de enlaces peptídicos, mientras que el grupo hidroxilo, debido a su nucleofilicidad, participa frecuentemente en reacciones de protección y desprotección de cadenas laterales. Ambos desempeñan funciones cruciales en la síntesis de péptidos. Sin embargo, debido a su alta reactividad, son propensos a diversas reacciones secundarias inesperadas durante la síntesis, lo que afecta directamente la pureza y el rendimiento del producto final. A continuación, resumimos las reacciones secundarias comunes de estos dos grupos para servir de referencia en la práctica.

I. Reacciones secundarias de carboxilación del ácido aspártico (Asp)/ácido glutámico (Glu)

Las reacciones secundarias de carboxilo ocurren principalmente en la cadena principal y las cadenas laterales del ácido aspártico (Asp)/ácido glutámico (Glu), e incluyen principalmente las siguientes categorías:

1. Transesterificación catalizada por álcalis

En la síntesis en fase sólida, al utilizar resina de clorometilo (resina de Merrifield), los aminoácidos se fijan a la resina como enlaces éster mediante reacciones de sustitución catalizadas por bases. Las bases comúnmente utilizadas incluyen sales de cesio, trietilamina e hidróxido de tetrametilamonio (TMAH), siendo este último el que presenta un rendimiento catalítico superior. Sin embargo, surge un problema: este proceso conlleva la transesterificación del éster bencílico en la cadena lateral de Asp/Glu, como se muestra en la Figura 1. En el sistema de metanol, el éster bencílico se convierte en un éster metílico, y en la posterior etapa de desprotección mediada por HF, resulta difícil lograr la desprotección de la cadena lateral.

Figura 1. Reacción secundaria de transesterificación de la cadena lateral Asp/Glu

Sin embargo, esta reacción secundaria, si se aprovecha, también puede ser una estrategia sintética eficaz. Por ejemplo, al tratar la resina de péptido-Merrifield con TMAH/terc-butanol a 70 °C, el éster bencílico de la cadena lateral de Asp/Glu se puede convertir en éster terc-butílico, al tiempo que se escinde la cadena peptídica del soporte sólido para obtener directamente el éster terc-butílico C-terminal correspondiente.

2. Reacción secundaria de metionización durante el proceso de pirólisis y purificación.

Durante la escisión de la resina peptídica o la desprotección global de las cadenas laterales, el metanol residual (por ejemplo, introducido durante el lavado) puede modificar los grupos carboxilo del péptido en condiciones ácidas, iniciando una reacción secundaria de metilesterificación. Por lo tanto, para péptidos sensibles a la esterificación, debe evitarse el lavado de la resina con metanol o bien controlarse estrictamente el proceso de secado.

también, En la purificación mediante cromatografía líquida de alta resolución en fase inversa (RP-HPLC), el metanol se utiliza ampliamente como eluyente orgánico debido a su bajo costo. Sin embargo, los sistemas metanol/agua suelen requerir la adición de modificadores ácidos como TFA o ácido fórmico, lo que resulta en una solución peptídica ácida. Durante la concentración posterior, los grupos carboxilo de las cadenas laterales de Asp/Glu o del esqueleto peptídico son altamente susceptibles a la metilesterificación, lo que afecta la calidad del péptido. Si la tendencia a la metilesterificación es severa, se recomienda utilizar acetonitrilo como eluyente orgánico.

II. Reacciones secundarias de hidroxilo de serina (Ser)/treonina ( Thr)

La serina (Ser) y la treonina ( Thr ) son propensas a diversas reacciones secundarias en la síntesis de péptidos debido a la nucleofilicidad de sus grupos β-hidroxilo. Simultáneamente, el grupo protector acilo del grupo hidroxilo también puede sufrir reacciones secundarias como la migración O→N y la β -eliminación bajo condiciones específicas.

1. Reacciones secundarias de alquilación

La ortogonalidad única del grupo protector alloc hace que se utilice comúnmente para la protección selectiva de grupos hidroxilo. Sin embargo, cuando los residuos de serina protegidos con O- alloc se eliminan mediante catálisis con Pd(0), el grupo hidroxilo protegido con alloc puede sufrir una reacción secundaria de O-alilación, generando un subproducto de serina O-alil-protegida (Figura 2). Este subproducto es químicamente estable frente al Pd(0) y el grupo β-hidroxilo libre no se puede regenerar prolongando el tiempo de tratamiento . No obstante, esta reacción secundaria se puede controlar eficazmente en presencia de un eficaz eliminador de ácido acrílico.

Figura 2. Reacción secundaria de alilación inducida por desprotección de Alloc.

2. Reacciones secundarias de acilación y migración O→N

Durante el acoplamiento de aminoácidos, el uso de reactivos de acilación excesivos o la reacción lenta del aminoácido objetivo pueden reducir la diferencia de nucleofilicidad entre los grupos hidroxilo y amino, lo que lleva a la acilación del grupo β-hidroxilo en Ser/ Thre . Además, durante la desprotección del grupo protector amino y el posterior tratamiento alcalino, el grupo hidroxilo acilado sufre una migración de acilo O→N , lo que resulta en una terminación inesperada de la cadena peptídica (Figura 3 ).

Figura 3 Reacción de migración de acilo O→N

3. Reacciones secundarias de β-eliminación

La β-eliminación es una de las reacciones secundarias comunes en Ser/ Thr. Cuando se unen grupos electroatractores (como Ts, Ms, etc.) a los grupos hidroxilo en las cadenas laterales de Ser/ Thr, las reacciones de β-eliminación ocurren fácilmente en condiciones básicas (Figura 4).

Reacción de β- eliminación catalizada por una base.

Incluso con cadenas laterales desprotegidas, la Ser/ Tre no previene completamente este tipo de reacciones. Las reacciones de β-eliminación pueden ocurrir bajo la influencia de factores como la concentración de la base, la temperatura, el tiempo de reacción y la secuencia del péptido. Además, algunos agentes de acoplamiento también pueden inducir esta reacción secundaria; por ejemplo, los agentes de acoplamiento DSC, CDI y carbodiimida pueden activar los grupos β-hidroxilo de la Ser/Tre, iniciando así reacciones de β- eliminación (Figura 5).

Figura 5. Reacción de β - eliminación inducida por CDI.

4. Formación de subproductos de oxazol

La formación de subproductos de oxazol ocurre principalmente de dos maneras: Primero, cuando el extremo N está protegido con un carbamato (Z, Boc, etc.), la cadena lateral de Ser/Thr no protegida puede atacar el esqueleto del carbamato en condiciones alcalinas, formando un subproducto de oxazolidinona (Figura 6). Por lo tanto, proteger el grupo β-hidroxilo de la Ser/ Thr N-terminal durante el tratamiento alcalino del péptido, o utilizar condiciones más suaves, puede evitar eficazmente la aparición de reacciones secundarias .

Figura 6. Mecanismo de formación de oxazolidinona

En segundo lugar, los residuos de Ser/ Thre dentro de la cadena peptídica también pueden atacar los enlaces peptídicos vecinos a través de grupos β-hidroxilo , generando un intermedio de anillo de cinco miembros. Este intermedio puede convertirse en un derivado éster a través de la migración de acilo N→O , o puede convertirse en un producto de oxazolina o incluso de oxazol a través de deshidratación y oxidación (Figura 7) . También se observan procesos similares con la cisteína ( Cys ) y la β-aminoalanina, generando derivados de tiazolina/tiazolio e imidazolina/imidazolio correspondientes, respectivamente.

Figura 7. Mecanismo de formación de ésteres peptídicos isoméricos/oxazolilo(línea)

Escisión por condensación aldólica inversa

La cadena lateral de Ser/ Thre forma una estructura β-hidroxicarbonílica con el grupo carbonilo adyacente, esencialmente la estructura de un producto de condensación post-aldólica. Por lo tanto, la escisión de la condensación aldólica inversa puede ocurrir tanto en condiciones ácidas como alcalinas. En condiciones alcalinas, este proceso conduce a la escisión del enlace Cα-Cβ de los residuos de Ser/ Thre , generando formaldehído/acetaldehído y los compuestos cetónicos correspondientes ( Figura 8 ). Aunque tales reacciones secundarias son poco comunes, deben tenerse en cuenta durante la síntesis de péptidos u otros procesos relacionados.

Figura 8. Escisión por condensación aldólica inversa.

III . Resumen

Lo anterior resume algunos de los tipos de reacciones secundarias más comunes y típicas . En la síntesis real, las reacciones secundarias relacionadas con grupos carboxilo e hidroxilo son diversas en su forma y complejas en su mecanismo, pero la mayoría pueden evitarse mediante una selección adecuada de grupos protectores, un control estricto de los parámetros del proceso y la optimización de las condiciones de reacción apropiadas. Una comprensión profunda de los patrones de estas reacciones secundarias es fundamental para mejorar la calidad y el rendimiento de los fármacos peptídicos .

Presentación de la empresa

Suzhou Haofan Biotech Co., Ltd. (Código bursátil: 301393.SZ), fundada en 2003 y con sede en la Zona de Alta Tecnología de Suzhou, es una empresa nacional de alta tecnología que provee materias primas especializadas a empresas farmacéuticas de I+D y fabricación en todo el mundo. Sus productos se utilizan principalmente en la síntesis de péptidos, nucleótidos y productos farmacéuticos, abarcando una amplia gama que incluye agentes condensantes para enlaces amida especiales, agentes protectores, agentes de enlace, agentes de reticulación de proteínas para conjugados anticuerpo-fármaco, bloques de construcción moleculares, liposomas y reactivos de fósforo. Hasta la fecha, ha desarrollado y producido más de 1500 productos diferentes.

Tras más de dos décadas de esfuerzo constante y acumulación de experiencia, Haofan Biotech ha desarrollado continuamente su experiencia en el campo global de reactivos para la síntesis de péptidos. Actualmente, se ha consolidado como una empresa líder con una amplia gama de productos personalizados y ventajas significativas en la producción a gran escala, capaz de satisfacer las necesidades específicas de diversos clientes. Invitamos cordialmente a los clientes interesados en este producto a contactarnos para obtener más información y explorar oportunidades de colaboración.

Referencias:

[1] Reacciones secundarias en la síntesis de péptidos. Yi Yang