CN116411356A - 一种dna编码化合物呋喃核糖衍生物的合成方法 - Google Patents

一种dna编码化合物呋喃核糖衍生物的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种DNA编码化合物呋喃核糖衍生物的合成方法，该反应方法是以On‑DNA芳基乙烯化合物和2‑羧酸呋喃核糖类化合物为原料，在碱性环境下通过光催化脱羧自由基加成反应得到On‑DNA呋喃核糖衍生物，该反应能够在有机溶剂/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。

Description

一种DNA编码化合物呋喃核糖衍生物的合成方法
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编码化合物库构建中On-DNA呋喃核糖衍生物的合成方法。
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。
呋喃核糖衍生物是一类重要的药物化合物骨架结构，然而目前并没有报道通过On-DNA烯基化合物合成On-DNA呋喃核糖衍生物的方法。因此开发一种新的适用于大批量多孔板操作的On-DNA呋喃核糖衍生物的合成方法，通过光催化引入呋喃核糖衍生物结构，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
本发明提供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DNA编码芳基乙烯化合物库通过一步反应转化为On-DNA呋喃核糖衍生物化合物库。
本发明提了一种DNA编码化合物呋喃核糖衍生物的合成方法，该方法是以On-DNA芳基乙烯化合物和2-羧酸呋喃核糖类化合物为原料，在碱性环境下通过光催化脱羧自由基加成反应得到On-DNA呋喃核糖衍生物。
其中，On-DNA芳基乙烯化合物结构为
Figure BDA0003441650320000021
2-羧酸呋喃核糖类化合物的结构式为/>
Figure BDA0003441650320000022
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化合物中R1或者烯基相连；
所述DNA的长度为10～200；
其中，结构式中的DNA与R1或烯基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R1或烯基直接相连；多个化学键时，指结构式中的DNA与R1或烯基之间间隔多个化学键相连，比如，DNA与R1或烯基之间通过一个亚甲基(-CH2-)相连DNA的氨基，即通过两个化学键连接；或DNA与R1或烯基之间通过一个羰基(-CO-)连接DNA的氨基，也是通过两个化学键连接；或DNA与R1或烯基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；
作为优选，DNA与R1或烯基之间通过一个羰基(-CO-)连接DNA的氨基。
R1选自分子量1000以下与DNA和烯基碳原子直接相连的基团；
R2选自分子量1000以下与烯基碳原子直接相连的基团；
R3选自分子量1000以下与氧原子直接相连的基团。
作为优选：所述R1、R2分别选自5～10元的芳基或杂芳基，R1、R2的取代基的数量为一个或多个；R1、R2的取代基是相互独立的选自氢、卤素、硝基、氰基、烷基、烷氧基、卤素烷基中的一种或多种；
所述的R3分别选自苯甲酰基、苄基、乙酰基、烷基；其中，所述烷基为C1～C10烷基。
进一步地：所述R1、R2选自以下基团：
Figure BDA0003441650320000023
Figure BDA0003441650320000031
X为O、S、NH中的任意一种，R1、R2的取代基是相互独立的选自氢、三氟甲基、甲基、乙基、甲氧基中的一种或多种。
更具体地：所述的On-DNA芳基乙烯化合物选自但不限于：
Figure BDA0003441650320000032
Figure BDA0003441650320000033
作为优选，2-羧酸呋喃核糖类化合物选自：
Figure BDA0003441650320000034
Figure BDA0003441650320000035
一种合成DNA编码化合物呋喃核糖衍生物的方法，包括以下步骤：向摩尔当量为1，摩尔浓度为0.1-5mM的On-DNA芳基乙烯化合物溶液中，加入10～1000倍摩尔当量的2-羧酸呋喃核糖类化合物、10～1000倍摩尔当量的碱，最后再加入1-10倍摩尔当量的催化剂，在10℃～100℃下光照反应0.5～16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-甲基咪唑中的一种或几种。优选地，所述碱为磷酸氢二钾。
作为优选：所述反应在溶剂中进行，溶剂为水、甲醇、乙醇、乙腈、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、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，所述反应溶剂含有水、二甲亚砜。
更进一步地，所述反应溶剂的pH为5-11；优选地，pH为9。
进一步地，所述反应的催化剂选自Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6、([Ir(dtbbpy)(ppy)2][PF6])、Ir[p-F(Me)ppy]2(dtbbpy)PF6、Ir(ppy)2(bpy)PF6或4-CzIPN；优选地，反应催化剂为Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6。
进一步地，所述反应需要在氮气氛围下进行。
进一步地，所述反应的光照输出电压为0伏、7.5伏或13.8伏；优选地，反应光输出电压为13.8伏。优选地，所述光照的波长为470nm；优选地，所述光照反应光源与反应器距离为0.5cm。
进一步地，所述反应的反应时间为0.5～16小时；优选地，反应时间为2小时。
进一步地，所述方法中On-DNA芳基乙烯化合物的当量为1，2-羧酸呋喃核糖类化合物的摩尔当量为10～1000，碱的摩尔当量为10～1000，催化剂的摩尔当量为1～10；优选地，2-羧酸呋喃核糖类化合物的摩尔当量为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、200当量、300当量、400当量、500当量、600当量、800当量、1000当量，催化剂的摩尔当量为1当量、4当量、5当量、10当量；最优选地，2-羧酸呋喃核糖类化合物的摩尔当量为400当量，碱的摩尔当量为120当量，催化剂的摩尔当量为4当量。
进一步地，上述方法用于批量的多孔板操作。
进一步地，上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烯基化合物得到On-DNA呋喃核糖衍生物，可广泛应用于各种On-DNA烯基底物，并且能大规模引入2-羧酸呋喃核糖类化合物作为合成模块。该方法收率高，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～b烷基表明任何含“a”至“b”个碳原子的烷基。因此，例如，C1～12烷基是指包含1～12个碳原子的直链或支链的烷基。
烷基是指烷烃分子中直链或支链的烃基，例如甲基-CH3、乙基-CH2CH3、亚甲基-CH2-；烷基基团也可以是其他基团的一部分，所述其他基团例如为C1～C6烷氧基，C1～C6烷基氨基。
所述卤素为氟、氯、溴或碘。
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。
芳基/芳环是指不含杂原子，由C原子构成的芳香性单一环状或多个环状基团。
芳杂环基是指多个的C、O、S、N等原子构成具有芳香性的单一环状或多个环状基团。
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，还可以做出其它多种形式的修改、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：本发明实施例1中得到15个On-DNA呋喃核糖衍生物相应的转化率分布图。
具体实施方式
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。
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：
Figure BDA0003441650320000051
其中，A为腺嘌呤，T为胸腺嘧啶，C为胞嘧啶，G为鸟嘌呤。
DIPEA：N,N-二异丙基乙胺；DIC：N,N'-二异丙基碳二亚胺；HATU：2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯；DMA：二甲基乙酰胺；DMSO：二甲基亚砜；DDTC：二乙基二硫代氨基甲酸钠。
实施例1、合成On-DNA呋喃核糖的方法
步骤1、On-DNA烯基化合物的合成
Figure BDA0003441650320000061
Figure BDA0003441650320000062
(1)将1溶解到250mM,pH＝9.4的硼酸缓冲液中，配制成1mM浓度溶液，接着将50倍当量的HATU(浓度为0.4M，溶于DMA中)、50倍当量的芳香羧酸试剂(浓度为0.4M，溶于DMA中)、50倍当量的DIPEA(浓度为0.4M，溶于DMA中)依次在0℃混合，将该混合物用涡旋振荡充分混匀，然后放置于0℃保存5分钟，将上述混合物加入到1溶液中，混合均匀，室温反应0.5～1小时。其中Ar为不同的芳香环。
反应完毕后进行乙醇沉淀：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，之后在12000rpm的转速下离心半个小时，倒掉上清液，余下沉淀用去离子水溶解，即得到化合物2的溶液，通过酶标仪OD定量后，送LCMS确认反应转化率为60％～90％。
(2)将1溶解到250mM,pH＝9.4的硼酸缓冲液中，配制成1mM浓度溶液。接着将50倍当量N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(浓度为0.4M，溶于DMA中)、40倍当量的2-溴丙烯酸(浓度为0.2M，溶于DMA中)、20倍当量的N,N’-二异丙基碳二亚胺(DIC)(浓度为0.4M，溶于DMA中)依次在0℃混合，将该混合物用涡旋振荡充分混匀，然后放置于0℃保存5分钟。将上述混合物均分成两份，先取一份加入到1溶液中，混合均匀，0℃反应5分钟，接着将剩下的混合物加入到溶液中，混合均匀，0℃反应5分钟，最后将反应液放置于室温反应5分钟。
反应完毕后进行乙醇沉淀：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，之后在12000rpm的转速下离心半个小时，倒掉上清液，余下沉淀用去离子水溶解，即得到化合物4的溶液，通过酶标仪OD定量后，送LCMS确认反应转化率为56％。
(3)将化合物2溶解到水中，配制成1mM浓度溶液，接着依次加入10倍当量的乙烯基硼酸频哪醇酯(浓度为0.2M，溶于DMSO中)、100倍当量的氢氧化铯(浓度为0.5M，溶于水中)、2.5倍当量的氯(钠-2-二环己基膦-2',6'-二甲氧基-1,1'-联苯-3'-磺酸盐)[2-(2'-氨基-1,1'-联苯)]钯(II)(sSPhos Pd G2)(浓度为0.01M，溶于DMSO中)，混合均匀，100℃反应30分钟。当反应完毕后，向反应体系中加入100倍当量的二乙基二硫代氨基甲酸钠(DDTC)(浓度为0.4M，溶于水中)，混合均匀，100℃反应10分钟。
反应完毕后，先离心取上清再进行乙醇沉淀：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，之后在12000rpm的转速下离心半个小时，倒掉上清液，余下沉淀用去离子水溶解，即得到On-DNA芳基乙烯化合物3的溶液，通过酶标仪OD定量后，送LCMS确认反应转化率为70％～90％。
(4)将化合物4溶解到水中，配制成1mM浓度溶液，接着依次加入100倍当量的芳基硼酸化合物(浓度为0.2M，溶于DMSO中)、100倍当量的氢氧化铯(浓度为0.5M，溶于水中)、2.5倍当量的氯(钠-2-二环己基膦-2',6'-二甲氧基-1,1'-联苯-3'-磺酸盐)[2-(2'-氨基-1,1'-联苯)]钯(II)(sSPhos Pd G2)(浓度为0.01M，溶于DMSO中)，混合均匀，90℃反应2小时。当反应完毕后，向反应体系中加入100倍当量的DDTC(浓度为0.4M，溶于水中)，混合均匀，90℃反应10分钟。其中R1为不同的芳香环。
反应完毕后，先离心取上清再进行乙醇沉淀：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，之后在12000rpm的转速下离心半个小时，倒掉上清液，余下沉淀用去离子水溶解，即得到On-DNA芳基乙烯化合物5的溶液，通过酶标仪OD定量后，送LCMS确认反应转化率为70％～90％。
步骤2、可见光催化2-羧酸呋喃核糖与On-DNA烯烃反应
将On-DNA芳基乙烯化合物3或5溶解到水中，配制成1mM浓度溶液，接着依次加入400当量的2-羧酸呋喃核糖化合物(浓度为0.5M，溶于DMSO中)、120当量的磷酸氢二钾(浓度为0.3M，溶于水中)、4倍当量的催化剂Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6(浓度为0.01M，溶于DMSO中)，再向反应液中补加DMSO，使反应体系的有机相：水相体积比＝3：2，混合均匀，除空气2小时，氮气置换2小时，将光照设备的光照输出电压设置为13.8伏，波长470nm，光源与反应器距离为0.5cm，光照反应2小时。
反应完毕后进行乙醇沉淀：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，之后在12000rpm的转速下离心半个小时，倒掉上清液，余下沉淀用去离子水溶解，即得到15种On-DNA产物的溶液，通过酶标仪OD定量后，送LCMS确认反应转化率。转化率如附图1所示。
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，通过可见光催化，由On-DNA烯基化合物和2-羧酸呋喃核糖类化合物反应可以得到On-DNA呋喃核糖衍生物。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 (12)

1.一种DNA编码化合物呋喃核糖衍生物的合成方法，其特征在于：该方法是以On-DNA芳基乙烯化合物和2-羧酸呋喃核糖类化合物为原料，在碱性环境下通过光催化脱羧自由基加成反应得到On-DNA呋喃核糖衍生物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其中，On-DNA芳基乙烯化合物结构为
Figure FDA0003441650310000011
2-羧酸呋喃核糖类化合物的结构式为/>
Figure FDA0003441650310000012
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化合物中R1或者烯基相连；
R1选自分子量1000以下与DNA和烯基碳原子直接相连的基团；
R2选自分子量1000以下与烯基碳原子直接相连的基团；
R3选自分子量1000以下与氧原子直接相连的基团。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述R1、R2分别选自5～10元的芳基或杂芳基，R1、R2的取代基的数量为一个或多个；R1、R2的取代基是相互独立的选自氢、卤素、硝基、氰基、烷基、烷氧基、卤素烷基中的一种或多种；
所述的R3选自苯甲酰基、苄基、乙酰基、烷基；其中，所述烷基为C1～C10烷基。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述R1、R2分别选自
Figure FDA0003441650310000013
Figure FDA0003441650310000014
X为O、S、NH中的任意一种，R1、R2的取代基是相互独立的选自氢、三氟甲基、甲基、乙基、甲氧基中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：向摩尔当量为1，摩尔浓度为0.1-5mM的On-DNA芳基乙烯化合物溶液中，加入10～1000倍摩尔当量的2-羧酸呋喃核糖类化合物、10～1000倍摩尔当量的碱，最后再加入1-10倍摩尔当量的催化剂，在10℃～100℃下光照反应0.5～16小时。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：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、磷酸氢二钾、N-甲基吗啉、三乙胺、二异丙基乙基胺、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-甲基咪唑中一种或几种。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述反应在溶剂中进行，溶剂为水、甲醇、乙醇、乙腈、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、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。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述催化剂选自Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6、([Ir(dtbbpy)(ppy)2][PF6])、Ir[p-F(Me)ppy]2(dtbbpy)PF6、Ir(ppy)2(bpy)PF6或4-CzIPN。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述反应的光照输出电压为0伏、7.5伏或13.8伏。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述方法中On-DNA芳基乙烯化合物的摩尔当量为1，2-羧酸呋喃核糖类化合物的摩尔当量为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、200当量、300当量、400当量、500当量、600当量、800当量、1000当量，催化剂的摩尔当量为1当量、4当量、5当量、10当量。
11.根据权利要求1-10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。
12.根据权利要求1-10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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