CN114411267B - 一种On-DNA反应构建β-脂肪取代酮类化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种On‑DNA反应构建β‑脂肪取代酮类化合物的方法，该方法以On‑DNA α,β‑不饱和羰基化合物为原料，在光敏剂、碱存在下，与脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐反应得到β‑脂肪取代酮类化合物。本发明的方法能够在有机溶剂/水相的混合水相中进行，后处理简单，条件温和，能够在较短时间内高收率得到高多样性的DNA编码化合物库，并且适用于多孔板进行的DNA编码化合物的合成。

Description

一种On-DNA反应构建β-脂肪取代酮类化合物的方法
技术领域
本发明属于编码化合物库技术领域，具体涉及一种DNA编码化合物库中构建On-DNAβ-脂肪取代酮类化合物的方法。
背景技术
在药物研发，尤其是新药研发中，针对生物靶标的高通量筛选是快速获得先导化合物的主要手段之一。然而，基于单个分子的传统高通量筛选所需时间长、设备投入巨大、库化合物数量有限(数百万)，且化合物库的建成需要数十年的积累，限制了先导化合物的发现效率与可能性。近年来出现的DNA编码化合物库技术(WO2005058479、WO2018166532、CN103882532)，结合了组合化学和分子生物学技术，在分子水平上将每个化合物加上一个DNA标签，并能在极短的时间内合成高达亿级的化合物库，成为下一代化合物库筛选技术的趋势，并开始在制药行业广泛应用，产生了诸多积极的效果(Accounts of ChemicalResearch,2014,47,1247-1255)。
DNA编码化合物库通过组合化学快速产生巨型化合物库，并且能高通量地筛选出先导化合物，使得先导化合物的筛选变得前所未有的快捷和高效。构建DNA编码化合物库的挑战之一就是需要在DNA上高收率地合成具有化学多样性的小分子。由于DNA需要在一定的条件下(溶剂、pH、温度、离子浓度)才能维持稳定，同时应用于DNA编码化合物库构建的On-DNA反应还需要有较高的产率。因此DNA上进行的化学反应(简称On-DNA反应)的试剂种类、反应种类、反应条件直接影响到DNA编码化合物库的丰富度和可选择性。从而开发能够与DNA兼容的化学反应也成为目前DNA编码化合物库技术的长期探索和研究方向，也直接影响了DNA编码化合物库的应用及商业价值。
α,β不饱和羰基化合物和脂肪硼酸/硼酸酯通过光催化加成在羰基的β位形成sp3杂化的碳原子连接位点，可以丰富药物化合物的拓扑结构，将这类β-脂肪取代酮类化合物引入到DNA编码化合物库中能进一步扩展化合物库的多样性，有利于提高筛选到有效化合物的概率。然而目前并没有报道通过On-DNA α,β-不饱和羰基化合物合成On-DNA β-脂肪取代酮类化合物的方法。因此希望开发一种新的适用于大批量多孔板操作的On-DNA β-脂肪取代酮类化合物的合成方法，以增加DNA编码化合物库的多样性，进一步提升DNA编码化合物库技术的应用价值。
发明内容
为了解决上述问题，本发明开发了一种原料稳定存储、反应条件温和、底物普适性好，对DNA损伤小，适合于使用多孔板进行批量操作的DNA编码化合物库的合成方法，可以快速将On-DNA α,β-不饱和羰基化合物通过一步反应转化为On-DNA β-脂肪取代酮类化合物。
本发明采用的技术方案如下：
一种On-DNA反应构建β-脂肪取代酮类化合物的方法，该方法以On-DNA α,β-不饱和羰基化合物为原料，在光敏剂、碱存在下，与脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐反应得到On-DNAβ-脂肪取代酮类化合物；其中，On-DNA α,β-不饱和羰基化合物的结构式为脂肪硼酸/硼酸酯的结构式为/>On-DNA β-脂肪取代酮类化合物的结构式为/>
其中，结构式中DNA包含由人工修饰的和/或未修饰的核苷酸单体聚合得到的单链或双链的核苷酸链，该核苷酸链通过一个或多个化学键或基团与氮原子相连；所述DNA的长度为10～200bp。
其中，结构式中的DNA与氮原子通过一个化学键或多个化学键连接。一个化学键时，是指结构式中的DNA与氮原子直接相连；多个化学键时，指结构式中的DNA与氮原子之间间隔多个化学键相连，比如，DNA与氮原子之间通过一个亚甲基(-CH2-)相连，即通过两个化学键连接；或DNA与氮原子之间通过一个羰基(-CO-)连接DNA的氨基，也是通过两个化学键连接；或DNA与氮原子通过一个亚甲基羰基(-CH2CO-)连接DNA的氨基，也是通过三个连续的化学键连接。
R1选自氢或分子量1000以下与α,β-不饱和羰基α位的碳原子直接相连的基团；
R2选自分子量1000以下与脂肪硼酸/硼酸酯中硼原子直接相连的基团；
R3、R4分别独立选自氢或分子量1000以下与硼酸酯中氧原子直接相连的基团；或者R3、R4相连成环。
作为优选：所述R1选自烷基、取代烷基、芳香基或取代芳香基；其中，所述烷基为C1～C20烷基或C3～C8环烷基；取代烷基的取代基的数量为一个或多个；取代烷基的取代基是相互独立的选自卤素、硝基、烷氧基、卤代苯基、苯基、烷基苯基、杂环基中的一种或多种；所述芳香基选自吡啶基、喹啉基、噻唑基、噻吩基或苯基；取代芳香基的取代基的数量为一个或多个，取代芳香基的取代基是相互独立的选自卤素、氰基、硝基、烷氧基、C1～C20烷基中的一种或多种；
所述R2选自烷基、取代烷基；其中，所述烷基为C1～C20烷基或C3～C8环烷基；取代烷基的取代基的数量为一个或多个；取代烷基的取代基是相互独立的选自卤素、硝基、烷氧基、卤代苯基、苯基、烷基苯基、杂环基中的一种或多种；
所述R3、R4选自C1～C20烷基；或者R3、R4相连成环。
进一步地；所述的R1选自C1～C6烷基、取代C1～C6烷基、苯基，所述C1～C6烷基具体选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊烷基、己烷基；取代C1～C6烷基的取代基选自苯基、5～6元饱和杂环基；所述5～6元饱和杂环基是携带至少一个选自O、N的3至6个原子的饱和单环烃基。
所述的R2选自C1～C6烷基、取代C1～C6烷基、饱和C3～C8环烷基，所述C1～C6烷基具体选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊烷基、己烷基；所述饱和C3～C8环烷基具体选自环丙基、环丁基、环戊基、环己基；取代C1～C6烷基的取代基选自苯基、氨基。
所述R3、R4选自C1～C6烷基，或R3、R4相连成环，所述C1～C6烷基具体选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊烷基、己烷基。
作为优选：所述On-DNAα,β-不饱和羰基化合物具体选自：
作为优选：所述硼酸/硼酸酯具体选自：
作为优选：所述的三氟硼酸盐为更进一步地，所述的三氟硼酸盐为
一种On-DNA反应构建β-脂肪取代酮类化合物的方法，该方法包括以下步骤：向摩尔当量为1，摩尔浓度为0.5-5mM的On-DNAα,β-不饱和羰基化合物溶液中，加入10～1000倍摩尔当量的脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐、10～1000倍摩尔当量的碱，再加入0.1-1000倍摩尔当量的光敏剂，在10℃～100℃下反应0.1～24小时。
进一步地；所述碱选自硼酸钠、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢钠、磷酸氢钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、N-甲基吗啉、三乙胺、二异丙基乙基胺、DBU(1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯)、4-二甲氨基吡啶、2,6-二甲基吡啶或N-甲基咪唑；优选地，所述碱为磷酸氢二钾。
进一步地；所述光敏剂选自2,4,5,6-四(9-咔唑基)-间苯二腈、Ir[p-F(Me)ppy]2(dtbbpy)PF6、[Ir(dtbbpy)(ppy)2][PF6]、(Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy))PF6、Ir[dF(Me)ppy]2(dtbbpy)PF6、[Ir{dFCF3ppy}2(bpy)]PF6、(2,2'-联吡啶)双(2-苯基吡啶)铱(III)六氟磷酸盐；优选地，所述光敏剂为(Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy))PF6。
进一步地；所述反应在溶剂中进行，溶剂为水、甲醇、乙醇、乙腈、二甲亚砜、无机盐缓冲液、有机酸缓冲液、有机碱缓冲液中任意一种或几种的含水混合溶剂；优选地，所述反应溶剂含水、二甲亚砜。更优选地，所述溶剂中有机相体积占比为60～80％。进一步更优选地，所述溶剂中有机相体积占比为70％。
进一步地；所述反应的反应温度为10℃～100℃；优选地，反应温度为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。
进一步地；所述反应的反应时间为0.1～24小时；优选地，反应时间为0.1小时、0.5小时、1小时、2小时、4小时、8小时、10小时、16小时、18小时、20小时、24小时。
进一步地；所述方法中On-DNAα,β-不饱和羰基化合物的摩尔当量为1，脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐的摩尔当量为50当量、100当量、200当量、300当量、400当量、500当量、600当量、800当量、1000当量；碱的当量为50当量、100当量、120当量、150当量、200当量、300当量、400当量、500当量、600当量、800当量、1000当量；光敏剂的摩尔当量为0.1当量、0.5当量、1当量、5当量、10当量、20当量、50当量、80当量；最优选地，脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐的摩尔当量为100，碱的摩尔当量为120，光敏剂的摩尔当量为1。
进一步地，所述反应是在氮气下进行。
进一步地，所述反应需在蓝光照射下进行，其中蓝光波长为420～460nm；优选地，蓝光波长为440nm。
进一步地；所述方法用于批量的多孔板操作。
进一步地；所述方法用于多孔板的DNA编码化合物库的合成。
本发明方法可以实现在DNA编码化合物库中通过On-DNA α,β-不饱和羰基化合物得到On-DNA β-脂肪取代酮类化合物，可广泛应用于各种On-DNA α,β-不饱和羰基底物，并且能大规模引入各种取代的脂肪硼酸/硼酸酯类化合物作为合成模块。该方法产物单一，能够在有机溶剂/水相的混合水相中进行，操作简单，环境友好，适合使用多孔板进行的DNA编码化合物库的合成。
关于本发明的使用术语的定义：除非另有说明，本文中基团或者术语提供的初始定义适用于整篇说明书的该基团或者术语；对于本文没有具体定义的术语，应该根据公开内容和上下文，给出本领域技术人员能够给予它们的含义。
“取代”是指分子中的氢原子被其它不同的原子或分子所替换。
碳氢基团中碳原子含量的最小值和最大值通过前缀表示，例如，前缀(Ca～Cb)烷基表明任何含“a”至“b”个碳原子的烷基。因此，例如，C1～C20烷基是指包含1～20个碳原子的直链或支链的烷基。
烷基是指烷烃分子中H被取代而成的直链或支链的烃基，例如甲基CH3-，乙基CH3CH2-，亚甲基-CH2-。
环烷基：是指H被取代的饱和或不饱和的环烷基；所述卤素为氟、氯、溴或碘。
芳香基：是指芳香环上的部分H被取代得到的基团，例如吡啶基、喹啉基、噻唑基或苯基。
烷氧基：是指烷基与氧原子连接形成取代基，例如甲氧基为-OCH3。
卤代苯基：是指苯基上的H被卤素取代而形成的基团。
烷基苯基：是指苯基上的H被烷基取代而形成的基团。
杂环基：是携带至少一个选自O、S、N的3至8个原子的饱和或不饱和的单环或多环烃基。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其他多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1～2：实施例2中制备得到的30种On-DNA β-脂肪取代酮类化合物相应的转化率分布图。
具体实施方式
本发明所用原料与设备均为已知产品，通过购买市售产品所得。
本发明中，“室温”指20～25℃。
DMA：二甲基乙酰胺(Dimethylacetamide)；DMF：二甲基甲酰胺。
HATU：2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯；
DIPEA：N,N-二异丙基乙胺；
DMSO：二甲基亚砜；THF：四氢呋喃。
本发明中DNA-NH2是单链或双链DNA与接头基团形成的带有-NH2接头的DNA结构，例如WO2005058479中“compound1”的DNA-NH2结构。也例如下述的DNA结构：
其中，A为腺嘌呤，T为胸腺嘧啶，C为胞嘧啶，G为鸟嘌呤。
实施例1、On-DNA β-脂肪取代酮类化合物的合成
步骤1、On-DNA α,β-不饱和羰基化合物的合成
将DNA-NH2(A)溶解到250mM,pH＝9.4的硼酸缓冲液中，配制成1mM浓度溶液(20μL,20nmol)；将2-甲基丙烯酸(25当量,500nmol,0.2M的DMA溶液)和DIPEA(25当量,500nmol,0.2M的DMA溶液)混合均匀，然后加入HATU(25当量,500nmol,0.2M的DMA溶液)，混合均匀，在0℃活化5分钟；将活化液分2次加入至DNA溶液中，先在0℃反应5分钟，然后置于25℃反应30分钟。
反应结束后进行乙醇沉淀：向反应后的溶液中加入总体积10％的5M的氯化钠溶液，然后继续加入总体积的3倍的无水乙醇，振荡均匀后，将反应置于干冰中冷冻0.5小时，然后在12000rpm的转速下低温(4℃)离心半个小时，倒掉上清液，余下沉淀用去离子水溶解，即得到On-DNA α,β-不饱和羰基化合物(1)的溶液，通过酶标仪OD定量后，送LC-MS确认化合物1的转化率分别为97％。
步骤2、On-DNA β-脂肪取代酮类化合物的合成
将On-DNA α,β-不饱和羰基化合物(1)用去离子水配制成1mM浓度溶液(20μL,20nmol)，向溶液中依次加入异丙基硼酸(2000nmol,100当量,0.5M的DMSO溶液)，K2HPO4(2400nmol,120当量，0.3M的DMSO溶液)，(Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy))PF6(20nmol,1当量,0.01M的DMSO溶液)，然后加入59μL DMSO，使反应体系有机相体积占比为70％，混合均匀，通氮气2小时，除去氧气，然后用LED蓝光(λ＝440nm)灯照射1小时。
反应结束后，向反应后的溶液中加入总体积10％的5M的氯化钠溶液，然后继续加入总体积的3倍的无水乙醇，振荡均匀后，将反应置于干冰中冷冻0.5小时，之后在12000rpm的转速下低温(4℃)离心半个小时，倒掉上清液，余下沉淀用去离子水溶解，即得到On-DNAβ-脂肪取代酮类化合物(1a)的溶液，通过酶标仪OD定量后，送LC-MS确认化合物1a的转化率分别为81％。
实施例2、On-DNA β-脂肪取代酮类化合物的合成
按照实施例1的制备方法，保持其他条件不变，将5种α,β-不饱和羰基化合物(1-5)分别和6种脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐(a-f)的反应，具体反应产物产率见附图。
综上所述，本发明通过控制反应时的溶剂、温度、pH等条件，在碱的存在下，由On-DNA α,β-不饱和羰基化合物和脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐反应可以得到On-DNA β-脂肪取代酮类化合物。该方法底物适用范围广，能够在有机溶剂/水相的混合水相中进行，操作简单，环境友好，适合使用多孔板进行的DNA编码化合物库的合成。

Claims (6)

1.一种On-DNA反应构建β-脂肪取代酮类化合物的方法，其特征在于：该方法以On-DNAα,β-不饱和羰基化合物为原料，在光敏剂(Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy))PF6、碱K2HPO4存在下，与脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐反应得到On-DNAβ-脂肪取代酮类化合物；其中，On-DNAα,β-不饱和羰基化合物的结构式为脂肪硼酸/硼酸酯的结构式为/>On-DNAβ-脂肪取代酮类化合物的结构式为/>
其中，结构式中DNA包含由人工修饰的和/或未修饰的核苷酸单体聚合得到的单链或双链的核苷酸链，该核苷酸链通过一个或多个化学键或基团与氮原子相连；
所述的R1选自氢、C1～C6烷基、取代C1～C6烷基、苯基，所述C1～C6烷基具体选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊烷基、己烷基；取代C1～C6烷基的取代基选自苯基、5～6元饱和杂环基；所述5～6元饱和杂环基是携带至少一个选自O、N的3至6个原子的饱和单环烃基；
所述的R2选自C1～C6烷基、取代C1～C6烷基、饱和C3～C8环烷基，所述C1～C6烷基具体选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊烷基、己烷基；所述饱和C3～C8环烷基具体选自环丙基、环丁基、环戊基、环己基；取代C1～C6烷基的取代基选自苯基、氨基；
所述R3、R4选自氢、C1～C6烷基，或R3、R4相连成环，所述C1～C6烷基具体选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊烷基、己烷基；
所述方法包括以下步骤：向摩尔当量为1，摩尔浓度为0.5-5mM的On-DNAα,β-不饱和羰基化合物溶液中，加入10～1000倍摩尔当量的脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐、10～1000倍摩尔当量的碱K2HPO4，再加入0.1-100倍摩尔当量的光敏剂(Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy))PF6，然后加入DMSO，使反应体系有机相体积占比为70％，混合均匀，通氮气2小时，除去氧气，然后用LED蓝光(λ＝440nm)灯照射1小时，在10℃～100℃下反应0.1～24小时。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应的反应温度为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应的反应时间0.1小时、0.5小时、1小时、2小时、4小时、8小时、10小时、16小时、18小时、20小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当On-DNAα,β-不饱和羰基化合物的摩尔当量为1，所述脂肪硼酸/硼酸酯或三氟硼酸盐的摩尔当量为50当量、100当量、200当量、300当量、400当量、500当量、600当量、800当量、1000当量；碱的摩尔当量为50当量、100当量、120当量、150当量、200当量、300当量、400当量、500当量、600当量、800当量、1000当量；光敏剂的摩尔当量为0.1当量、0.5当量、1当量、5当量、10当量、20当量、50当量、80当量。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述方法用于批量的多孔板操作。
6.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述方法用于多孔板的DNA编码化合物库的合成。
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