Peptid-organokatalizátorok

Miután két bejegyzéssel korábban már beszámoltam a prolin-alapú organokatalízis alapjairól, ma katalizátor fejlesztés következő hullámáról, vagyis a peptid-organokatalizátorokról lesz szó.

A peptidek aminosav monomerekből felépülő, a fehérjéknél rendszerint rövidebb lánchosszúságú kémiai struktúrák. A meghatározott sorrendet követő monomer egységek a szomszédos amino- és karboxil-csoportjuk között savamid kötést (peptidkötés) hoznak létre. Katalizátorkémiai alkalmazásuk annak a felismerésnek az eredménye, hogy a kisméretű, prolin-szerű katalizátorok továbbfejlesztése, módosítása egy adott szint elérése után korlátozott a funkciós csoportok limitált száma miatt. Ugyanakkor, ha olyan moduláris felépítésű molekulákat alkalmazunk katalizátorként, mint a peptidek, akkor az előző akadályon könnyedén túllépve, az építőelemek változtatásával (finomhangolás) kedvező tulajdonságokkal rendelkező katalizátorokat állíthatunk elő. A peptidek mellett szóló érv az is, hogy királis információ tartalmuk nem merül ki az aminosavak aszimmetriájában, hanem másodlagos és harmadlagos szerkezetükből is jelentős királis indukció adódhat. Az utóbbi években számos peptid ill. peptid-szerű organokatalizátort fejlesztettek ki, és megszületett a felismerés, miszerint egyes peptidek a prolin katalitikus tulajdonságait imitálják, sőt túl is mutatnak azon. Alkalmasan tervezett peptidek hatékony organokatalizátorrá válhatnak, egyfajta kompromisszumot jelentve a kisméretű, rigid katalizátor molekulák és az enzimek között.

Az egyik legelső példa a poliaminosavak katalizátorként való alkalmazására, Inoue munkája, aki tiolok konjugált addícióját katalizálta e vegyületekkel az 1970-es évek elején. Közel egy évtizeddel később Juliá és Colonna epoxidációs reakciókban használtak immobilizált poli-l-leucint, mint királis katalizátort. Azóta számos reakcióban sikeresen alkalmaztak peptideket és különböző származékaikat organokatalizátorként. Reymond és List alakított ki először sztereoszelektíven C-C kötéseket peptidkatalizátorokkal. A szekvenciáik közös tulajdonsága, hogy N-terminálisan prolint vagy valamilyen prolin származékot tartalmaznak. Ezekkel az egyszerű di-, tri- vagy tetrapeptidekkel jó termeléseket és közepes enatioszelektivitásokat kaptak aldol és Michael reakciók során. A későbbiekben Tsogoeva és kutatócsoportja hisztidin tartalmú dipeptid katalizátorokat alkalmazott aszimmetrikus aldol és konjugált addíciós reakciókhoz, valamivel magasabb enantioszelektivitásokat elérve, mint elődeik. Ezek az eredmények a legjobb esetben is az l-prolinnal éppen összemérhető értékeket jelentettek. 

Az igazi áttörést a Wennemers által tervezett karboxil oldalláncot is tartalmazó N-terminálisan prolint tartalmazó peptidek jelentették, amelyek eredményesen katalizálták az énamin köztiterméken keresztül lejátszódó aszimmetrikus reakciókat. Ezek a molekulák gyakorlatilag tervezett prolin-mimetikumként foghatók föl, és mind katalitikus aktivitás, mind szelektivitás terén hatékonyabbnak bizonyultak, mint a terület legelterjedtebb katalizátora, a prolin. A Wennemers által képzett Pro-Pro-Asp-NH2 peptidkatalizátor kiváló eredményeket mutatott aszimmetrikus aldol reakciókban, és a d-Pro-Pro-Glu-NH2 szekvencia pedig 1,4-addíciós átalakítások során remekelt. A katalizátorok aktivitásáért a szekunder amin rész felel, míg a szelektivitást a karboxil oldallánc és a peptid másodlagos szerkezete határozza meg. E katalizátorok áramlásos alkalmazási lehetőségeit kutatócsoportunk is vizsgálta.

1. Ábra: Wennemers által tervezett peptid-organokatlaizátorok.

Manapság a peptidkatalizátorok kémiája rohamos fejlődik, számos további szekvenciát fejlesztettek ki oxidációs reakciókhoz, szulfonilálásokhoz, reduktív átalakulásokhoz és rezolválásokhoz egyaránt.

A bejegyzés az alábbi irodalmakra támaszkodik:

• B. List, S. Mukherjee, J. W. Yang, S. Hoffmann, Chem. Rev., (2007) 107, 5471.
• H. Wennemers, Chem. Commun, (2011) 47, 12036.
• Szloszár Alíz, Szilárd hordozós peptid organokatalizátorok szintézise aldehidek aszimmetrikus α-aminálásához, diplomamunka, 2013 (témavez.: Dr. Ötvös Sándor Balázs)

ö.s.

A kutatás a TÁMOP-4.2.4.A/2-11/1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.