组合化学最基础的

组合化学最基础的
组合化学的起源
组合化学最早起源于固相多肽合成。就本质而言，组合 化学是建立在高效平行的合成之上的，这种合成方法步 骤有限，但生成的化合物库内包含大量化合物。
组合化学不是单一的一种技术，它包含了一系列化学技 术。它是一门交叉性学科，它以有机化学为基础，与生 物化学、药物化学密不可分，并涉及到数学、物理和计 算机等多门科学。而传统有机合成方法是对单个分子分 步合成，在数量上是处于低层次的，合成速度太慢，无 法满足对化合物量的需要。
三，肽键形成方法
1．羧基活化 法
（1）酰氯法 氨基酸的羧基可以通过以下的反应，方便
地转变成酰氯： 氨基酸的酰氯很容易与氨基作用形成肽键。
但是，由于在反应过程中容易引起氨基酸 的消旋化，实际应用价值不大。
（2）酸酐法
氨基酸的羧基可以转变成酸酐： 这种酸酐有两个亲电中心，在形成肽
键时能够产生几乎等量的副产物。
固相合成的优点
1）可以使用过量的试剂是反应趋于完全。 2）反应结束后，可以通过过滤、洗涤固
相介质除去反应物。 3）节省了分离纯化的时间 4) 反应收率高，产物纯度高。
树脂珠的种类
目前固相合成中较多使用的树脂是 小的球状树脂珠（80-200um）, 常用的有以下几种
1,交联聚苯乙烯
结构
平行液相合成
通常平行液相合成包括一步或二步可靠 的液相合成反应，如还原氨化反应、酰 化反应等，可以以相对较小的量进行 （10umol/L）。反应混合物可以用薄 层层析和质谱分析，测定产物的浓度。
索引化合物库合成
化合物库通过选取每一个酰氯（A）,将 其 与 等 摩 尔 的 亲 核 试 剂 混 合 物 （ N140），在二氯甲烷溶液中反应。
同样，在选取一个亲核试剂（N）与含 所有酰氯的混合物(A1-40)反应。可以 得到1600个化合物，从而构成了一个 索引化合物库。
四、液体相合成
Liquid phase Synthesis
由于液相合成存在一些不确定性，在合成的每一步之 后均需进行某种形式的纯化，如果用平行合成大量的 化合物，进行纯化的工作是相当烦琐的，如果用混合 物方式合成，那么，纯化过程几乎是不可能的。
此保护基可以用氢解方法除去。
CH2OH+SOCl2
O CH2OS Cl
氯亚硫酸酯
（2）叔丁醇酯法
一般采用酯交换法得到氨基酸叔丁醇酯：叔丁醇 基常用三氟甲酸水解方法除去。
H3+N CH COOH + CH3 C O C(CH3)3
R
O
H3+N CH C O C(CH3)3 + CH3COOH RO
由于核苷酸单元是多官能团分子，必须对参加反 应的基团要进行活化处理，还要对不参加反应的 基团进行保护，而且对保护、偶联和脱保护基的 每一步反应要求具有高的产率。
一、保护基
多聚核苷酸合成过程中，需要保护的基 团包括：碱基中游离的氨基, 戊糖的羟基 (2'-,3'-或5'-羟基), 以及核苷酸的磷酸基。
CH3
R
(C H 3)2C
CH2
+ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CO2
+
H
+ 3
N
CH COOH R
（2）苄氧酰基（CBz）
CBz也是一种常用的氨基保护基。 CBz在弱酸性条件下比较稳定，但在催化
氢解条件下容易被除去。产物也容易分离。
O CH2 O C Cl
二、羧基的保护方法
（1）苯甲醇酯法
由苯甲醇与亚硫酰氯作用生成氯亚硫酸酯， 然后再与氨基酸反应：
第二节 多肽的化学合成
多肽的化学合成，是按照设计的氨基酸顺序， 通过定向形成酰胺键方法得到目标多肽分子
要成功的合成具有特定氨基酸顺序的多肽，必 须采用定向形成酰胺键方法，即对暂时不参予 形成酰胺键的氨基和羧基，以及侧链活性基团 进行保护。同时还要对羧基进行活化。
一 氨基的保护方法
（1）叔丁氧基酰基（t-Boc）
在园片上合成 在直径0.635cm，厚 度为0.3715cm的聚苯乙烯上合成。
在薄片上合成 在玻璃片、纸片上合 成（50-400um）.
三、液相合成法
Solution phase Synthesis
由于应用固相合成的化学反应范围有限， 而且当反应物和产物连接到固相载体上时， 检测反应过程比较困难，因此人们重新研 究了液相合成方法。
合成反应完成后，去除保护基，将肽链与树脂分 离，即得到目标产物。
Cl CH2
t Boc N H CH COO-
树脂
R1
t Boc N H CH COO CH2 R1
NH2 CH COO CH2 R1
树脂 CF3COOH 或 HCL/CH3COOH
t Boc N H CH COO树脂
R2 DCC
t Boc N H CH CON H CH COO CH2
此法的优点是消旋化可能性很小。DCC是多肽合成中应 用最广的一种试剂。
四. 多肽的固相合成
此法的基本过程是：将目标多肽的C-端羧基以 共价键形式与一个不溶性的高分子树脂相连，然 后以这个氨基酸的氨基作为起点，与另一分子氨 基酸的羧基作用（用DCC作偶联剂）形成肽键。 不断重复这一过程，即可以得到目标多肽产物。
一种大量合成化合物的方法。
高通量合成
固相法
溶液法
液体法
混合物法 103-106
平行法 10-104
二，固相合成法
是最早以固相肽合成建立起来的组合方法。 固相合成Solid phase synthesis技术由
Merrifield(1963)首创，他使用取代的树脂 作为固相载体来合成多肽； 但是大量的以多肽合成方法衍生出来的固相 合成策略的应用是在80年代才有了突破。
CH CH2 CH CH2 CH CH2
CH CH2
活化方式
1) 氯甲基化 2) 氨基化 3) 羧基化
CH CH2 CH CH2 CH CH2
COOH NH2
CH2Cl
2，聚酰胺树 脂
由于聚苯乙烯树脂与所合成的极性化合物（多肽， 寡核苷酸等）在溶剂中的溶解性不相同，不利于它 们的合成，因此Shepparl设计了聚酰胺树脂；它 们是以N,N’-双烯丙酰基乙二胺为交联剂，以 N,N’-甲基丙烯酰胺为骨架的聚合物。
SR3
同时独立进行时，即为
R4
SR4
平行合成方式。
高通量筛选
High Throughput Screening
指在药物筛选过程中的一种新方法
S S
9 13
S1
S
S
0
6
15 S
S 3S
14 12
S1 S2 X S11
S7 S5 S8 S4
S1S2 X S 11 S9S 10 S 15S 14
S7S5 S8S4 S13S6 S3S12 S 4 X S 1 1 S 8
树枝状分子是分枝状寡聚物，一般为可溶 性聚合物。利用该方法如同液体合成技术， 寡聚物可以通过色谱技术分离纯化。合适 的树枝状分子具有特殊的溶解性、化学稳 定性和高载量。
树枝状载体的组合合成
A A
A A
BA BA B
BA BA
A
AB
A
AB
AB AB
A A
AB
五、组合合成的应用
药物合成与筛选 催化剂的合成与筛选 高分子试剂的合成与筛选 酶抑制剂的合成与筛选 酶催化的组合合成
1．碱基中游离氨基的保护
腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶中含有游离的氨基。 在形成磷酸二酯键反应中可能生成不需要的 磷酰胺, 必须进行保护。
常用于氨基保护的酰基有：乙酰基、异丁酰 基、异丁氧羰基、苯甲酰基和对甲氧基-苯 甲酰基等。
酰基保护基通常用浓氨水、NaOH或肼溶液 水解除去。
2． 戊糖羟基的保护
（3）活性酯法
常用的活性酯是氨基酸-对硝基苯酚酯。 这种活性酯容易与氨基作用形成肽键。
2．偶联剂缩合法
偶联剂本身是一种脱水剂，它能够促进羧基和氨基之间 的缩合反应。最常用的偶联剂是N,N’-二环己基碳二亚 胺（简称DCC）。
DCC先与一分子氨基酸的羧基反应，生成类似酸酐的中 间产物。这种不稳定的中间物能够进一步与第二分子氨 基酸的氨基作用，形成肽键。反应中产生的DCU不溶于 大多数有机溶剂，容易与产物分离。
CH2=CH
CH 2=CH
CH =CH 2
CON(CH3)2 CO N H CH 2CH 2N H O C
3，多孔玻璃
聚苯乙烯和聚酰胺树脂通常缺乏结构上的刚性， 不能用于需要长期溶剂化而达到连续流动合成的 目的。
因此人们又设计了许多新型大孔高聚物，其中较 好的是多孔玻璃，它是一种刚性的衍生化的玻璃 球状物，可以与任何溶剂相容，对腐蚀性溶剂和 高压、高温都比较稳定。
分子多样性 Molecular diversity
是一种描述分子并把它们分成若干个有用组的技 术（计算机设计技术）。
可以通过对所设计合成的化合物库中各个分子的 物理化学性质等多方面的计算而分成不同特性的 组，以利于高通量合成和筛选。
如亲水性，疏水性，键长等等。
高通量合成 High Throughput Synthesis
因此人们将传统的液相合成的优点与固相合成的优点 结合起来，从而形成了液体相合成方法。
其原理是将化合物结合到一种可溶性高分子上，反应 后，经过调节反应体系的溶剂、离子强度、pH等使 高分子从溶液中沉淀下来。
目前使用的有聚乙烯醇单甲醚，它可以溶解在多种溶 剂中，但在乙醚中可以结晶析出。
树枝状载体的组合合成
树脂
R2
R1
组成合成法合成多肽
在混合均分合成法中，每一个合成步骤分 别合成出x组中间体，将这些中间体混合 均匀后平均分成x份，并分别延长一个结 构单元。