N-karboxyanhydridy aminokyselin

N-Karboxyanhydridy aminokyselin, také nazývané Leuchovy anhydridy, jsou skupinou heterocyklických sloučenin odvozených od aminokyselin. Jedná se o bílé pevné látky citlivé na vlhkost. Využití nacházejí v biomateriálech.[1][2][3]

Příprava

Glycin-N-karboxyanhydrid, N-karboxyanhydrid odvozený od glycinu

N-karboxyanhydridy se obvykle připravují reakcemi aminokyselin s fosgenem:[4]

První přípravu provedl Hermann Leuchs, tuto reakci je možné uskutečnit zahříváním N-ethoxykarbonylovaného nebo N-methoxykarbonylovaného chloridu aminokyseliny za nízkého tlaku a teploty 50-70 °C:[5][6]

Lze provést i syntézu, která není náchylná na vlhkost, a to s využitím epoxidů, které zachytávají chlorovodík.[7]

Tento způsob přípravy N-karboxyanhydridů se někdy označuje jako Leuchsova metoda. Poměrně vysoké teploty nutné k uskutečnění cyklizace způsobují, že se při ní některé produkty rozkládají. K dalším postupům přípravy patří reakce nechráněných aminokyselin s fosgenem nebo jeho trimerem.[8][4][9]

Reakce

N-karboxyanhydridy se snadno hydrolyzují na výchozí aminokyselinu:

RCHNHC(O)OC(O) + H2O → H2NCH(R)CO2H + CO2

Některé tyto sloučeniny jsou vůči vodě poměrně odolné.[7]

N-karboxyanhydridy se mohou přeměňovat na homopolypeptidy ( [N(H)CH(R)CO)]n) prostřednictvím polymerizací s otevíráním kruhu:[1][2][3][10][11][12][13]

n RCHNHC(O)OC(O) → [N(H)CH(R)CO)]n + n CO2

Poly-L-lysin se dá získat z N-karbobenzyloxy-α-N-karboxy-L-anhydridu lysinu a následným odstraněním chránicí skupiny fosfoniumjodidem.[14]Syntéza peptidů pomocí N-karboxyanhydridů aminokyselin nevyžaduje ochranu aminokyselinových funkčních skupin. Lze použít také N-substituované N-karboxyanhydridy, obsahující například sulfenamidové skupiny.[15]

N-karboxyanhydridy mohou vstupovat do polymerizací s otevíráním kruhu, katalyzovaných organokovovými sloučeninami.[16][3][6][10] Tyto polymerizace mohly být mechanismem prebiotické tvorby polypeptidů.[3][17][18]

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Amino acid N-carboxyanhydride na anglické Wikipedii.

  1. ↑ a b J. Kramer; T. J. Deming. Soft Matter and Biomaterials on the Nanoscale. [s.l.]: [s.n.], 2020. Bibcode 2020smb3.book..115K. Kapitola Polypeptide Nanomaterials, s. 115–180. 
  2. ↑ a b G. M. Whitesides; B. Grzybowski. Self-assembly at all scales. Science. 2002, s. 2418–2421. DOI 10.1126/science.1070821. PMID 11923529. Bibcode 2002Sci...295.2418W. 
  3. ↑ a b c d H. R. Kricheldorf. Polypeptides and 100 years of chemistry of alpha-amino acid N-carboxyanhydrides. Angewandte Chemie. 2006, s. 5752–5784. DOI 10.1002/anie.200600693. PMID 16948174. 
  4. ↑ a b Lyndon C. Xavier; Julie J. Mohan; David J. Mathre; Andrew S. Thompson; James D. Carroll; Edward G. Corley; Richard Desmond. (S)-Tetrahydro-1-methyl-3,3-diphenyl-1h,3h-pyrrolo-[1,2-c] [1,3,2]oxazaborole-borane Complex. Organic Syntheses. 1997, s. 50. DOI 10.15227/orgsyn.074.0050. 
  5. ↑ H. Leuchs. Ueber die Glycin-carbonsäure. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 1906, s. 857–861. Dostupné online. DOI 10.1002/cber.190603901133. 
  6. ↑ a b T. J. Deming. Synthetic polypeptides for biomedical applications. Progress in Polymer Science. 2007, s. 858–875. DOI 10.1016/j.progpolymsci.2007.05.010. 
  7. ↑ a b Z. Y. Tian; Z. Zhang; S. Wang; H. Lu. A Moisture-Tolerant Route to Unprotected α/β-Amino acid N-Carboxyanhydrides and Facile Synthesis of Hyperbranched Polypeptides. Nature Communications. 2021, s. 5810. DOI 10.1038/s41467-021-25689-y. PMID 34608139. Bibcode 2021NatCo..12.5810T. 
  8. ↑ C. A. Montalbetti; V. Falque. Amide bond formation and peptide coupling. Tetrahedron. 2005, s. 10827-10852. DOI 10.1016/j.tet.2005.08.031. 
  9. ↑ M. I. Gibson; G. J. Hunt; N. R. Cameron. Improved synthesis of O-linked, and first synthesis of S- linked, carbohydrate functionalised N-carboxyanhydrides (glycoNCAs). Organic & Biomolecular Chemistry. 2007, s. 2756–2757. DOI 10.1039/b707563d. PMID 17700840. 
  10. ↑ a b I. Dimitrov; H. Schlaad. Synthesis of nearly monodisperse polystyrene-polypeptide block copolymers via polymerisation of N-carboxyanhydrides. Chemical Communications. 2003, s. 2944–2945. DOI 10.1039/b308990h. PMID 14680253. 
  11. ↑ Z. Song; Z. Han; S. Lv; C. Chen; L. Chen; L. Yin; J. Cheng. Synthetic Polypeptides: from Polymer Design to Supramolecular Assembly and Biomedical Application. Chemical Society Reviews. 2017, s. 6570–6599. DOI 10.1039/C7CS00460E. PMID 28944387. 
  12. ↑ J. Kopecek. Smart and genetically engineered biomaterials and drug delivery systems. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 2003, s. 1–16. DOI 10.1016/S0928-0987(03)00164-7. PMID 13678788. 
  13. ↑ H. Lu, J. Wang, Z. Song, L. Yin, Y. Zhang, H. Tang, C. Tu, Y. Lin, J. Cheng. Recent Advances in Amino Acid N-Carboxyanhydrides and Synthetic Polypeptides: Chemistry, Self-Assembly and Biological Applications. Chemical Communications. 2014, s. 139–155. DOI 10.1039/c3cc46317f. PMID 24217557. 
  14. ↑ E. Katchalski-Katzir. My contributions to science and society. Journal of Biological Chemistry. 2005, s. 16529–16541. DOI 10.1074/jbc.X400013200. PMID 15718236. 
  15. ↑ R. Katakai. Peptide synthesis using o-nitrophenylsulfenyl N-carboxy alpha-amino acid anhydrides. The Journal of Organic Chemistry. 1975, s. 2697–2702. DOI 10.1021/jo00907a001. PMID 1177065. 
  16. ↑ T. J. Deming. Amino Acid Derived Nickelacycles: Intermediates in Nickel-Mediated Polypeptide Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 1998, s. 4240–4241. DOI 10.1021/ja980313i. 
  17. ↑ J. Taillades; I. Beuzelin; L. Garrel; V. Tabacik; C. Bied; A. Commeyras. N-carbamoyl-alpha-amino acids rather than free alpha-amino acids formation in the primitive hydrosphere: a novel proposal for the emergence of prebiotic peptides. Origins of Life and Evolution of the Biosphere. 1998, s. 61–77. DOI 10.1023/A:1006566810636. Bibcode 1998OLEB...28...61T. 
  18. ↑ J. P. Ferris; A. R. Hill; R. Liu; L. E. Orgel. Synthesis of long prebiotic oligomers on mineral surfaces. Nature. 1996, s. 59–61. Dostupné online. DOI 10.1038/381059a0. PMID 8609988. Bibcode 1996Natur.381...59F. 

Literatura

  • Grazon C, Salas-Ambrosio P, Ibarboure E, Buol A, Garanger E, Grinstaff MW, Lecommandoux S, Bonduelle C. Aqueous Ring-Opening Polymerization-Induced Self-Assembly (ROPISA) of N-Carboxyanhydrides. Angewandte Chemie. January 2020, s. 622–626. Dostupné online. DOI 10.1002/ange.201912028. PMID 31650664. S2CID 241302007. (anglicky) 
  • iang J, Zhang X, Fan Z, Du J. Ring-Opening Polymerization of N-Carboxyanhydride-Induced Self-Assembly for Fabricating Biodegradable Polymer Vesicles. ACS Macro Letters. 2019-10-15, s. 1216–1221. DOI 10.1021/acsmacrolett.9b00606. PMID 35651173. S2CID 203135939. (anglicky) 
  • Barrett SE, Burke RS, Abrams MT, Bason C, Busuek M, Carlini E, Carr BA, Crocker LS, Fan H, Garbaccio RM, Guidry EN, Heo JH, Howell BJ, Kemp EA, Kowtoniuk RA, Latham AH, Leone AM, Lyman M, Parmar RG, Patel M, Pechenov SY, Pei T, Pudvah NT, Raab C, Riley S, Sepp-Lorenzino L, Smith S, Soli ED, Staskiewicz S, Stern M, Truong Q, Vavrek M, Waldman JH, Walsh ES, Williams JM, Young S, Colletti SL. Development of a liver-targeted siRNA delivery platform with a broad therapeutic window utilizing biodegradable polypeptide-based polymer conjugates. Journal of Controlled Release. June 2014, s. 124–37. DOI 10.1016/j.jconrel.2014.03.028. PMID 24657948. (anglicky) 
  • Kramer JR, Onoa B, Bustamante C, Bertozzi CR. Chemically tunable mucin chimeras assembled on living cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. October 2015, s. 12574–9. DOI 10.1073/pnas.1516127112. PMID 26420872. Bibcode 2015PNAS..11212574K. (anglicky) 

Související články

Zdroj