Phương pháp tổng hợp Peptit - Võ Thành Phong

KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT30 T Ạ P C H Í K H O A H Ọ C C Ô N G N G H Ệ V À M Ô I T R Ư Ờ N G ThS. VÕ THÀNH PHONG ThS. NGUYỄN MINH NHẬT ThS. LÊ THỊ DẠ THẢO Trường THPT Chuyên Hùng Vương tỉnh Gia Lai Phương pháp tổng hợp Peptit I. Lý thuyết Với cấu trúc đã biết, việc tổng hợp peptit có thể làm được. Tuy nhiên, khác với nhiều loại hợp chất hữu cơ khác, các phản ứng tổng hợp (điều chế) peptit rất phức tạp. Không thể tổng hợp được peptit mong muốn nhờ phản ứng trùng ngưng các phân tử aminoaxit khác nhau, vì sẽ tạo ra hỗn hợp các peptit. Ví dụ, trường hợp đơn giản nhất là ngưng tụ hai phân tử aminoaxit khác nhau sẽ tạo ra 4 đipeptit: Do vậy để tổng hợp một peptit có trật tự xác định các đơn vị aminoaxit trong phân tử cần phải “bảo vệ” nhóm amino hay nhóm cacboxyl nào đó khi không cần chúng tham gia phản ứng tạo ra liên kết peptit. Nhóm bảo vệ cần thoả mãn một số tiêu chuẩn sau: - Dễ gắn vào phân tử aminoaxit. - Bảo vệ được nhóm chức trong điều kiện hình thành các liên kết peptit. - Dễ loại ra mà không ảnh hưởng đến sự tồn tại của các liên kết peptit. 1. Bảo vệ nhóm amino (-NH2) Nhóm amino thường được bảo vệ bởi nhóm benzyl oxicacbonyl (C6H5-CH2O-CO-, còn gọi là cacbobenzonxi và được kí hiệu là Cbz) bằng cách cho aminoaxit phản ứng với benzyl clofomiat (C6H5- CH2-O-CO-Cl, cacbonbenzoxi clorua) trong dung dịch kiềm. Ví dụ: Ngoài ra, nhóm amino còn thể được bảo vệ bởi nhóm tert – butoxicacbonyl (CH3)3C–OCO- (kí hiệu là Boc). 2. Bảo vệ nhóm cacboxyl (-COOH) Nhóm cacboxyl thường được bảo về bằng cách chuyển thành metyl hay etyl hoặc benzyl este. Nhóm este dễ thuỷ phân hơn nhóm peptit nên được loại ra khỏi phân tử peptit bằng cách thuỷ phân bởi dung dịch kiềm: H2N – CH2 – COOH H2N – CH2 – COCl H2N – CH2 – COOCH2 – C6H5 Benzyl este của glyxin KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT 31 S Ố 0 5 N Ă M 2 0 19 3. Phản ứng tạo liên kết peptit 3.1. Hoạt hóa nhóm cacboxyl Nhóm –NH2 là một nhóm có khả năng phản ứng tương đối cao, tuy nhiên nhóm –COOH lại có khả năng phản ứng khá kém, vì vậy, muốn tạo amit từ 2 nhóm này thì cần điều kiện phản ứng tương đối khắc nghiệt. Điều kiện này có thể ảnh hưởng đến cấu trúc peptit cũng như các nhóm chức, nhóm bảo vệ. Do đó, nhóm –COOH cần được hoạt hóa bằng cách chuyển thành nhóm hoạt động hơn bằng những tác nhân phù hợp. *. Sử dụng ClCOOEt Mục đích: Chuyển nhóm cacboxylic thành nhóm anhiđerit là tăng khả năng phản ứng của nhóm cacboxylic lên. *. Sử dụng Ac2O Mục đích: Giống ClCOOEt Lưu ý: Không hoạt hóa nhóm –COOH bằng cách chuyển nhóm –COOH thành clorua axit vì clorua axit khả năng phản ứng mạnh, không bền với ẩm, dễ bị chuyển trở lại –COOH, khi bị chuyển thành – COOH thì khả năng phản ứng của nó lại kém, khó kiểm soát phản ứng cũng như khí bảo quản. Điều này cũng đồng nghĩa với việc không sử dạng clorua axit để bảo vệ nhóm –NH2. 3.2. Tạo liên kết peptit Sau khi đã bảo vệ nhóm amino và nhóm cacboxyl, thực hiện phản ứng ngưng tụ hai amino axit nhờ chất xúc tác DDC (đixiclohexyl cacbođiiamit: C6H11-N=C=N-C6H11) thu được dẫn xuất đipeptit alaninylglyxin (Ala – Gly). 4. Loại bỏ nhóm bảo vệ Loại bỏ nhóm bảo vệ bằng phản ứng hiđro phân II. Bài tập vận dụng Bài 1: Từ glyxin và alanin, hãy đề xuất một sơ đồ tổng hợp có định hướng đipeptit Ala – Gly với hiệu suất cao, giả thiết có đủ các hóa chất và điều kiện phản ứng cần thiết. (Trích đề thi chọn HSG Quốc gia lớp 12 năm 2013) Giải KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT32 T Ạ P C H Í K H O A H Ọ C C Ô N G N G H Ệ V À M Ô I T R Ư Ờ N G Bước 1: Bảo vệ nhóm –NH2 của alanin Bước 2: Bảo vệ nhóm –COOH của glyxin Bước 3: Tạo liên kết peptit giữa các amino axit đã được bảo vệ nhóm chức Bước 4: Loại các nhóm bảo vệ để thu được đipeptit Ala – Gly Bài 2: Tổng hợp tripeptit Gly – Ala – Phe từ các amino axit tương ứng. Giả thiết rằng các hóa chất và điều kiện phản ứng cần thiết. Giải - Bảo vệ nhóm –NH2 của glyxyl: - Bảo vệ nhóm – COOH của alanin: KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT 33 S Ố 0 5 N Ă M 2 0 19 - Từ phenyl alanin bảo vệ nhóm –COOH, tạo liên kết peptit và loại nhóm bảo vệ: Bài 3: Hãy tổng hợp metyleste của anlanylglyxin khi dùng DCC. Giải Bước 1: Bảo vệ nhóm –NH2 của alanin: H3N+CHMeCOO- + CBzCl CbzNHCHMeCOOH (B) Bước 2: Phản ứng với DCC Bước 3: Phản ứng với este metyl của glyxin C + H2NCH2COOMe CbzNHCHMeCONHCH2COOMe (D) + C6H11NHCONHC6H11 Bước 4: Giải phóng nhóm bảo vệ D H2NCHMeCONHCH2COOMe Bài 4: Hãy chuyển etyl este của Z-Phe-Gly thành etyl este của Leu-Phe-Gly bằng phương pháp este hoạt động (Z là benzyl oxicacbonyl). Giải Đầu tiên phải giải phóng nhóm bảo vệ của Z – Phe – Gly: Tiếp đến phải bảo vệ và hoạt hóa Leu: KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT34 T Ạ P C H Í K H O A H Ọ C C Ô N G N G H Ệ V À M Ô I T R Ư Ờ N G Cuối cùng cho phản ứng và loại bỏ nhóm bảo vệ: Bài 5: Thủy phân một lactam C (C6H12N2O) thu được hợp chất D (là thành phần được mã hóa trong các sợi DNA). Từ hợp chất D hãy hoàn thành chuyển hóa sau: Giải D là một amino axit có trong tự nhiên, có 6 cacbon, 2 nitơ và có thể được tổng hợp bằng cách thủy phân lactam, chứng tỏ D là Lysin (Lys). Từ đó xác định được cấu tạo các chất: I E F G H TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đào Văn Ích, Triệu Quý Hùng, Một số câu hỏi và bài tập Hóa hữu cơ, Nhà xuất bản ĐHQG Hà Nội, 2007. 2. Ngô Thị Thuận, Bài tập hóa học hữu cơ, Tập 2, Nhà xuất bản KHKT, 2008. 3. Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong, Hóa học hữu cơ, Tập 3, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, 2004. 4. Chu Văn Phòng, Chinh phục đỉnh cao Hóa học quốc gia – quốc tế, Nhà xuất bản ĐHQG Hà Nội, 2018.