研究论文介绍

如何更为简单地纯化具有PEG骨架的有机化合物?采用氯化镁!

本文作者:炸鸡

校对:asymmboy

具有PEG (polyethylene glycol, 聚乙二醇)骨架的有机化合物,即PEG化有机分子 (PEGylated small molecule)已经广泛应用于化学生物学以及生物化学领域的相关研究。

PEG类分子具有易溶于水、低毒性、弱免疫原性、不易与其他各类物质进行反应、分子链末端易于修饰,同时能够有效地将PEG骨架连接至不同类型的有机小分子中 (这一过程称为PEG化)以及价格低廉等诸多优势,因此,能够将其成功应用于生物体相关领域的各类研究。

然而,完成各类PEG化有机分子的纯化却具有高度的挑战性。由于PEG化有机分子易溶于水,因此,采用传统的萃取分液与柱色谱等方式进行纯化时,容易使相关分子遭受极为严重的损失。同时,由于PEG化有机分子通常呈凝胶状态,因而不利于相关的实验操作。

近期,在OPRD期刊中,M. D. Eastgate小组报道一种PEG化有机分子的高效分离与纯化的相关策略。本期,Chem-Station小编将对这一全新的分离纯化策略进行简要介绍。

“Complexation of Polyethyleneglycol Containing Small Molecules with Magnesium Chloride as a Purification and Isolation Strategy” B. Zheng, J. Li, C. Pathirana, S. Qiu, M. A. Schmidt,

M. D. Eastgate, Org. Process Res. Dev. 2021, doi: 10.1021/acs.oprd.1c00174.

实验步骤

  1. 向PEG化有机分子的DCM溶液中加入3 eq. 氯化镁与5 eq. THF。之后,在室温下搅拌8-16小时。
  2. 向上述的反应混合物中滴MTBE (t-BuOMe,在1小时内滴加完毕)。之后,继续搅拌2-3小时。
  3. 接下来,将上述反应液进行过滤,并将滤饼通过DCM/MTBE (1:1)的混合溶剂进行洗涤,获得相应的PEG-MgCl2配合物。
  4. 再通过DCM/水体系进行处理,完成PEG-MgCl2配合物的去配位过程,获得纯净的PEG化有机分子

原理

通过PEG化有机分子易与一系列金属离子形成配合物的反应特性,进行相关分子的纯化。纯化的原理与冠醚类分子的纯化极为相似。然而,部分金属离子在参与配位时,反应速率较慢,并且能够形成的极为粘稠的反应混合物,进而使后续的实验处理过程面临诸多的挑战。这里,M. D. Eastgate小组采用镁盐作为配合物中的金属离子源,成功设计出一种全新的PEG化有机分子的纯化策略。

在配位反应条件的筛选中,作者将化合物1与一系列金属盐类化合物进行混合,并通过HPLC测定相应配合物的回收率。

该小组在实验过程中发现:

  • 采用低毒性、廉价易得、混合时悬浮状态良好的镁盐或钙盐,能够获得良好的配合物回收率。
  • PEG类化合物与具有强亲氧性以及强Lewis酸性的锌盐与钛盐形成的配合物呈胶状,进而降低相应配合物的回收率。
  • 镧系金属盐价格较为昂贵,同时,可能具有潜在的毒性。
  • 采用MgBr2或CaCl2参与配位时,尽管能够获得较高的配合物回收率,然而,形成的配合物却表现出高度的吸湿性,使后续的实验处理过程难度增加
  • 选择MgCl2参与配位时,则表现出极为优良的配合物回收率,并且,相应配合物的吸湿性与毒性较低,分子量较小,同时最为廉价易得
  • 采用无Lewis碱性的DCM作为配合物形成过程的反应溶剂时,能够获得优良的配合物回收率。同时,作者发现,在加入少量THF溶剂时,能够显著提高相应配合物的形成速率。

实验实例

接下来,Chem-Station小编开始介绍采用TFA去除tBu基团,同时对相应PEG配合物进行纯化的实验操作步骤。

实验方案图引自原文

反应结束后,首先采用柠檬酸钠水溶液洗涤,去除过量的TFA。之后,采用上述的配位反应策略,合成相应的配合物,再通过MTBE洗涤、过滤之后,获得相应的PEG-MgCl2配合物。残留的具有Fmoc基团的副产物则存在于滤液中,同时配合物纯度由86.1%提高至98.5%。之后,作者发现,采用这一全新的纯化策略,同样能够顺利完成克级规模 (20g)的分离纯化过程。接下来,将获得的PEG-MgCl2配合物采用DCM/水混合溶剂处理,完成后续的去配位过程。同时,作者进一步发现,形成的PEG-MgCl2配合物同样能够良好地应用于酰胺缩合反应方法学的相关研究。由于化合物1为高粘度的油状液体,在与MgCl2形成相应配合物之后,则转化为固体,进而使相关的实验室操作更为便捷。

接下来,研究发现,上述的纯化策略,同样能够良好地应用于其他各类PEG化有机分子的纯化,然而,需要对上述的最佳配位反应条件中的试剂加入量等反应参数进行进一步优化。而且,该小组发现,上述的纯化策略对于PEG化有机分子中的叠氮基团能够良好地兼容,而对于具有叔丁基以及Boc基团存在的PEG化有机分子,则在纯化完成之后,能够观察到上述基团的部分损失。因此,在选择上述的纯化策略时,需要十分注意 (通过添加少量的吡啶等胺类碱,能够有效避免上述基团在纯化过程中出现的部分损失)。同时,作者进一步发现,这一全新的纯化策略同样无法应用于具有高度环张力炔基基团存在的PEG化有机分子的纯化。

结束语

本文中作者首次报道一种操作简洁的PEG化有机分子的纯化策略。随着生物化学相关研究领域的蓬勃发展, 对于PEG化有机分子实验室分离纯化过程的简化,具有极为重要的意义。Chem-Station小编期待今后将继续设计出一系列更为简洁的纯化策略!

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