Summary

Syntese af en Vandopløseligt Metal-Organic Complex Array

Published: October 08, 2016
doi:

Summary

A potential general method for the synthesis of water-soluble multimetallic peptidic arrays containing a predetermined sequence of metal centers is presented.

Abstract

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as Ru(II), Pt(II), and Rh(III). The compound, named as a water-soluble metal-organic complex array (WSMOCA), is obtained through 1) the conventional solution-chemistry-based preparation of the corresponding metal complex monomers having a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc)-protected amino acid moiety and 2) their sequential coupling together with other water-soluble organic building units on the surface-functionalized polymeric resin by following the procedures originally developed for the solid-phase synthesis of polypeptides, with proper modifications. Traces of reactions determined by mass spectrometric analysis at the representative coupling steps in stage 2 confirm the selective construction of a predetermined sequence of metal centers along with the peptide backbone. The WSMOCA cleaved from the resin at the end of stage 2 has a certain level of solubility in aqueous media dependent on the pH value and/or salt content, which is useful for the purification of the compound.

Introduction

Kontrolleret syntese af komplicerede molekylære strukturer har altid været et stort problem i syntetisk kemi. Ud fra dette synspunkt, at syntetisere multinukleære heterometallic komplekser i en designable mode er stadig en værdig emne at blive udfordret på området for uorganisk kemi på grund af antallet af mulige strukturelle resultater fra ligand-metalleringen tilgang, der almindeligvis anvendes til fremstilling af monomere metalkomplekser. Selv om flere eksempler på multinucleare heterometallic komplekser er blevet rapporteret hidtil 1,2,3, trial-and-error eller besværlige karakter af deres syntese kræver udviklingen af en simpel metode, der er gældende for en lang række strukturer.

Som en ny tilgang til at løse dette problem, vi i 2011 rapporterede en syntetisk metode 4,5 hvor forskellige mononukleære metalkomplekser har en Fmoc-beskyttet aminosyre-delen er sekventielt koblet til at give multimetallisk peptidiske arrays ved hjælp af de protokoller fast-fase polypeptid syntese 6. På grund af den fortløbende karakter polypeptidsyntese, en specifik sekvens af flere metalcentre er rationelt designable ved at styre antallet og rækkefølgen af ​​koblingsreaktioner af disse metalkompleksfarvestoffer monomerer. Senere denne fremgangsmåde blev yderligere modulopbygget at foretage forskellige større og / eller forgrenede array-strukturer ved at kombinere med kovalente binding mellem to kortere arrays 7.

Her vil vi vise, hvordan syntesen af sådanne multimetalliske peptidiske arrays typisk drives ved at vælge den nylig rapporteret WSMOCA (1 8 CAS RN 1827663-18-2, figur 1) som et repræsentativt eksempel. Selv syntesen af en bestemt array er beskrevet i denne protokol, de samme procedurer gælder for syntesen af en bred vifte af forskellige sekvenser, herunder isomerer 9. Vi forventer, at denne protocol vil inspirere flere forskere til at deltage i videnskaben om sekvens-kontrollerede forbindelser, hvor molekylerne undersøgt hidtil har typisk været biopolymerer men sjældent omfatter eksempler på metal-kompleks-baserede arter.

Protocol

1. Fremstilling af metal Komplekse monomerer (2 CAS RN 1381776-70-0, 3 CAS RN 1261168-42-6, 4 CAS RN 1261168-43-7, figur 1) Fremstilling af Ru monomer 2 Kombiner den organiske forløber (5 9 CAS RN 1381776-63-1, figur 1) (380 mg, 0,48 mmol) og [Ru (p-cymen) Cl 2] dimer (224 mg, 0,37 mmol) med en omrører i en 100 ml enkelt-halset rundbundet kolbe. Tilsæt methanol (MeOH) (25 ml) til blandingen, forbinde en kon…

Representative Results

Figur 1 viser de molekylære strukturer af de endelige målforbindelse, prækursorer, og mellemprodukter. Figur 2 viser billeder af harpiksen og Figur 3 viser MALDI-TOF massespektre af prøver på udvalgte fremgangsmådetrin. Billeder fra figur 2a til 2h vise ændringerne i farve og udseende af harpiks, det gennemgår under reaktionen trin i § 2 i protokollen. MALDI-TOF massespektrometri anvendes til at…

Discussion

Perfekt fjernelse af de uønskede kemikalier fra harpiksen ikke altid er muligt blot ved vask med opløsningsmidler, der let kan opløse disse kemikalier. Et centralt teknik til effektivt at vaske harpiksen er at få det til at svulme op og krympe repetitivt så de kemikalier forblive inde vil blive tvunget ud. Dette er grunden til harpiksen i vores procedure behandles med CH2C 2 og MeOH skift som den vaskes (fx protokol 2.1.4).

Som følge af successive flere i…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by the World Premier International Research Center (WPI) Initiative on Materials Nanoarchitectonics and a Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research (No. 26620139), both of which were provided from MEXT, Japan.

Materials

Dichloro(p‐cymene)ruthenium(II), dimer Kanto Chemical 11443-65
Dichloro(1,5-cyclooctadiene)platinum(II) TCI D3592
Rhodium(III) chloride trihydrate Kanto Chemical 36018-62
Phosphate buffered saline, tablet Sigma Aldrich P4417-50TAB 
NovaSyn TG Sieber resin Novabiochem 8.55013.0005
HBTU TCI B1657
Benzoic anhydride Kanto Chemical 04116-30
Fmoc-Glu(OtBu)-OH・H2O Watanabe Chemical Industries K00428
Trifluoroacetic acid Kanto Chemical 40578-30
Triethylsilane TCI T0662
2-[2-(2-Methoxyethoxy)ethoxy]acetic acid Sigma Aldrich 407003 Dried over 3Å sieves
Dithranol Wako Pure Chemical Industries 191502
N-methylimidazole TCI M0508
N‐ethyldiisopropylamine Kanto Chemical 14338-32
Piperidine Kanto Chemical 32249-30
4'-(4-methylphenyl)-2,2':6',2"-terpyridine Sigma Aldrich 496375
Dehydrated grade dimethylsulfoxide Kanto Chemical 10380-05 
Dehydrated grade methanol Kanto Chemical 25506-05 
Dehydrated grade N,N‐Dimethylformamide Kanto Chemical 11339-84 Amine Free
Dehydrated grade dichloromethane Kanto Chemical 11338-84
MeOH Kanto Chemical 25183-81 
Dimethylsulfoxide Kanto Chemical 10378-70
Ethyl acetate Kanto Chemical 14029-81
Acetonitrile Kanto Chemical 01031-70 
1,2-dichloroethane Kanto Chemical 10149-00
Diethyl ether Kanto Chemical 14134-00 
Dichloromethane Kanto Chemical 10158-81

References

  1. Takanashi, K., et al. Heterometal Assembly in Dendritic Polyphenylazomethines. Bull. Chem. Soc. Jpn. 80, 1563-1572 (2007).
  2. Packheiser, R., Ecorchard, P., Rüffer, T., Lang, H. Heteromultimetallic Transition Metal Complexes Based on Unsymmetrical Platinum(II) Bis-Acetylides. Organometallics. 27, 3534-3536 (2008).
  3. Sculfort, S., Braunstein, P. Intramolecular d10-d10 Interactions in Heterometallic Clusters of the Transition Metals. Chem. Soc. Rev. 40, 2741-2760 (2011).
  4. Vairaprakash, P., Ueki, H., Tashiro, K., Yaghi, O. M. Synthesis of Metal-Organic Complex Arrays. J. Am. Chem. Soc. 133, 759-761 (2011).
  5. Jacoby, M. Synthesis: Method Couples Various Metals in Predetermined Sequences. C&EN. 89, (2011).
  6. White, P., Eds Dörner, B. Synthetic Notes. Peptide Synthesis 2008/2009. , (2009).
  7. Sajna, K. V., Fracaroli, A. M., Yaghi, O. M., Tashiro, K. Modular Synthesis of Metal-Organic Complex Arrays Containing Precisely Designed Metal Sequences. Inorg. Chem. 54, 1197-1199 (2015).
  8. Sukul, P. K., et al. A Water-Soluble Metal-Organic Complex Array as a Multinuclear Heterometallic Peptide Amphiphile That Shows Unconventional Anion Dependency in Its Self-Assembly. Chem. Commun. 52, 1579-1581 (2016).
  9. Fracaroli, A. M., Tashiro, K., Yaghi, O. M. Isomers of Metal-Organic Complex Arrays. Inorg. Chem. 51, 6437-6439 (2012).
  10. Gude, M., Ryf, J., White, P. D. An Accurate Method for the Quantitation of Fmoc-Derivatized Solid Phase Supports. Letters in Peptide Science. 9, 203-206 (2002).
  11. Merrifield, R. B. Solid Phase Peptide Synthesis. I. The Synthesis of a Tetrapeptide. J. Am. Chem. Soc. 85, 2149-2154 (1963).
check_url/fr/54513?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Bose, P., Sukul, P. K., Yaghi, O. M., Tashiro, K. Synthesis of a Water-soluble Metal–Organic Complex Array. J. Vis. Exp. (116), e54513, doi:10.3791/54513 (2016).

View Video