用于自动化合成小分子的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了用于从溶液中纯化N‑甲基亚氨基二乙酸(MIDA)硼酸酯的方法。也提供了从它们的MIDA配体去保护硼酸的方法。所述纯化和去保护方法可以与用于偶联硼酸或以其它方式使硼酸反应的方法结合使用。可以进行去保护、偶联和纯化的迭代循环，以合成目标化学化合物。所述方法适用于自动化的化学合成方法中。也提供了一种自动化小分子合成仪装置，其用于执行小分子的自动化合成，其中使用根据本发明专利技术方法的去保护、偶联和纯化的迭代循环。本发明专利技术所涵盖的偶联和其它反应包括但不限于Suzuki‑Miyaura偶联、氧化、Swern氧化、“Jones试剂”氧化、还原、Evans氏羟醛反应、HWE烯化、Takai烯化、醇甲硅烷基化、脱甲硅烷基化、对甲氧基苄基化、碘化、Negishi交叉偶联、Heck偶联、Miyaura硼化、Stille偶联和Sonogashira偶联。

【技术实现步骤摘要】
本申请为分案申请，原申请的申请日为2011年7月22日，申请号为201180045664.4(PCT/US2011/045064)，专利技术名称为“用于自动化合成小分子的装置和方法”。相关申请本申请要求2010年7月23日提交的美国临时专利申请系列号61/367,176的优先权权益。政府支持本专利技术在国立卫生研究院授权号GM080436和GM090153的美国政府支持下完成。美国政府具有本专利技术的某些权利。
技术介绍
与肽、寡核苷酸和寡糖类似，大多数小分子天然产物具有高度模块化的构成。这是因为，象前述寡聚体一样，大多数小分子经由双功能结构单元的相继偶联而生物合成。具体地，聚酮化合物源自多个丙二酰辅酶A和/或甲基丙二酰辅酶A单元，非核糖体肽由氨基酸构建而成，多萜烯由异戊烯基焦磷酸酯和/或二甲基烯丙基焦磷酸酯结构单元构建而成，脂肪酸由丙二酰辅酶A片段制成。其它类型的模块天然产物源自共有结构单元(诸如莽草酸、氨基酸和/或它们各自的衍生物)的氧化偶联。对于肽、寡核苷酸，并且越来越多地对于寡糖，现在常规地利用该固有的模块性，以实现从适当保护的双功能结构单元的完全自动化合成(R.B.Merrifield,Science1965,150,178-185；M.H.Caruthers,Science1985,24,799；和O.J.Plante,M.R.Palmacci,P.H.Seeberger,Science2001,291,1523)。作为这些进步的直接结果，在这些领域中的研究主要聚焦于发现和理解新的分子功能。完全相反地，尽管在接近2个世纪的时程中取得了巨大进步，小分子的实验室合成仍然是一个相对复杂的、不灵活的和未系统化的过程，该过程几乎仅能由受过高度训练的专家来实践(关于经由聚合物辅助和/或流式化学来自动化合成小分子的最新进展，参见：a)C.H.Hornung,M.R.Mackley,I.R.Baxendale和S.V.Leyand,Org.Proc.Res.Dev.2007,11,399-405；b)NikzadNikbin,MarkLadlow,和StevenV.LeyOrg.ProcessRes.Dev.2007,11,458–462；和c)France,S.；Bernstein,D.；Weatherwax,A.；Lectka,T.Org.Lett.2005,7,3009-3012)。因而，在该领域中的研究的重点仍然非常倾向于合成。鉴于许多小分子的特殊性质使得它们独特地适用于在科学、工程和医学中的宽范围应用，非常希望能够通过非专家人员可接近的非常一般的和自动化的合成平台来获得更多的这些化合物。最后，这样的过程有助于主要焦点从小分子合成转移至重要小分子功能的发现和理解。
技术实现思路
本专利技术的某些方面涉及一种迭代地利用碳-碳键形成反应来从预制结构单元装配多种小分子的装置及其使用方法。在某些实施方案中，与从适当保护的氨基酸自动化制备肽类似地，所述自动化的过程包括：被保护为对应的N-甲基亚氨基二乙酸(MIDA)硼酸酯的双功能卤代硼酸结构单元的受控迭代装配。在某些实施方案中，避免对与固体载体的任何共价连接的需求，通过利用MIDA硼酸酯的2种非常一般的物理性质来纯化中间体：使用硅胶的捕获和释放(catch-and-release)色谱法能力；和它们在己烷中的不溶解性。下面详细地讨论了本专利技术的其它方面、实施方案和优点。附图说明图1A描绘了用于合成肽和小分子的类似策略。图1B是去保护、交叉偶联和利用最后直接释放交叉偶联步骤的纯化的示例性迭代循环的示意图，其中对于每个偶联，相对于每个卤化物采用大致3当量的硼酸。图1C描绘了用于纯化MIDA硼酸酯中间体的2种不同策略。第一种策略是“捕获和释放纯化”，并利用MIDA硼酸酯对硅胶的高亲和力。具体地，将粗产物混合物加载到硅胶垫上，然后用Et2O/MeOH冲洗。在所有副产物在该极性溶剂混合物中快速洗脱的同时，MIDA硼酸酯表现出基本上无限大的保留。值得注意的是，“捕获”现象是含有MIDA硼酸酯官能团的任意化合物所共有的。但是，简单地将溶剂更换为四氢呋喃(THF)，会“释放”出纯化的MIDA硼酸酯，作为适合用于以后的去保护反应中的溶液。第二种策略是“沉淀纯化”，并利用MIDA硼酸酯在己烷中的一般不溶解性。具体地，将在THF中的粗反应混合物转移进含有己烷类的室中。MIDA硼酸酯形成沉淀，并通过过滤与可溶性的反应副产物分离。可以使用定制的杂合纯化罐来利用串联的这两种纯化方法，从而提供非常稳健的且一般的用于自动化地纯化MIDA硼酸酯中间体的方法，无需与固体载体共价连接。图1D描绘了完全自动化的小分子合成仪的一个实施方案的照片，所述合成仪包括(i)去保护、(ii)交叉偶联和(iii)纯化的模块，所述模块都在配有定制设计的软件的计算机的控制下。图2描绘了可以在合成仪中运行的反应的实施例，其中D代表去保护步骤，CC代表交叉偶联步骤，P代表纯化步骤，且RCC代表在其中快速地或缓慢地原位释放硼酸/硼酸酯的交叉偶联步骤。图3描绘了选择的结构单元，包括被保护为对应的N-甲基亚氨基二乙酸(MIDA)硼酸酯的双功能卤代硼酸结构单元和可以从所述结构单元制备出的化合物。图4描绘了选择的结构单元，包括被保护为对应的N-甲基亚氨基二乙酸(MIDA)硼酸酯的双功能卤代硼酸结构单元和可以从所述结构单元制备出的化合物。图5描绘了：(上图)自动化小分子合成仪的一个实施方案的设计示意图，和(下图)各个泵、阀、端口和管的连接性的一个实施例；其中(1)表示溶剂蓄池；(2)表示干燥和脱气台；(3)表示加热块和搅拌板；(4)表示电磁阀和气体歧管；(5)表示去保护台；(6)表示纯化台；(7)表示阀模块(阀图(valvemap)的一个实施例显示在图7中)；(8)表示主注射泵；(9)表示用于纯化的注射泵；和(10)表示水性反应的注射泵。图6描绘了示例性的反应管、管道和配件的照片。图7描绘了阀图的一个实施例。图8描绘了反应管的一个实施例。图9是水性去保护模块的一个实施例的示意图。图10描绘了沉淀室和二氧化硅柱的一个实施例。图11描绘了干燥和脱气管的一个实施例。图12的一对1HNMR谱对应着：(i)包含MIDA硼酸酯的模拟反应混合物，和(ii)从所述混合物纯化以后的MIDA硼酸酯。图13的一对1HNMR谱对应着：(i)包含MIDA硼酸酯的模拟反应混合物，和(ii)从所述混合物纯化以后的MIDA硼酸酯。图14的一对1HNMR谱对应着：(i)包含MIDA硼酸酯的模拟反应混合物，和(ii)从所述混合物纯化以后的MIDA硼酸酯。图15的一对1HNMR谱对应着：(i)包含MIDA硼酸酯的模拟反应混合物，和(ii)从所述混合物纯化以后的MIDA硼酸酯。图16的一对1HNMR谱对应着：(i)包含MIDA硼酸酯的模拟反应混合物，和(ii)从所述混合物纯化以后的MIDA硼酸酯。图17的一对1HNMR谱对应着：(i)包含MIDA硼酸酯的模拟反应混合物，和(ii)从所述混合物纯化以后的MIDA硼酸酯。图18的一对1HNMR谱对应着：(i)包含MIDA硼酸酯的模拟反应混合物，和(ii)从所述混合物纯化以后的MIDA硼酸酯。图19的一对1HNMR谱对应着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从溶液中纯化N‑甲基亚氨基二乙酸(MIDA)硼酸酯的方法，所述方法包括下述步骤：用己烷稀释所述溶液，由此选择性地沉淀出MIDA硼酸酯；和分离沉淀的MIDA硼酸酯。

【技术特征摘要】
2010.07.23 US 61/3671761.一种从溶液中纯化N-甲基亚氨基二乙酸(MIDA)硼酸酯的方法，所述方法包括下述步骤：用己烷稀释所述溶液，由此选择性地沉淀出MIDA硼酸酯；和分离沉淀的MIDA硼酸酯。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述分离包括：过滤所述沉淀的MIDA硼酸酯。3.根据权利要求1所述的方法，其另外包括下述步骤：将所述沉淀的MIDA硼酸酯溶解在四氢呋喃(THF)中。4.根据权利要求1所述的方法，其中包含所述MIDA硼酸酯的溶液是THF溶液。5.根据权利要求1所述的方法，其中将包含所述MIDA硼酸酯的溶液逐滴加入所述己烷中。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述己烷的体积是所述溶液的体积的约2倍至约4倍之间。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述己烷的体积是所述溶液的体积的约3倍。8.根据权利要求1所述的方法，其中包含所述MIDA硼酸酯的溶液是得自化学反应的粗产物混合物。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述化学反应选自：Suzuki-Miyaura偶联、氧化、Swern氧化、“Jones试剂”氧化、还原、Evans氏羟醛反应、HWE烯化、Takai烯化、醇甲硅烷基化、脱甲硅烷基化、对甲氧基苄基化、碘化、Negishi交叉偶联、Heck偶联、Miyaura硼化、Stille偶联和Sonogashira偶联。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述化学反应包括使MIDA硼酸酯与试剂接触的步骤，其中所述MIDA硼酸酯包含：具有sp3杂化的硼、与所述硼连接的MIDA保护基、和通过硼-碳键与所述硼连接的有机基团；所述有机基团经过化学改造，且所述硼没有经过化学改造。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述MIDA硼酸酯由表示；R10代表有机基团；B代表具有sp3杂化的硼；R20是甲基；且R21、R22、R23和R24独立地选自氢和有机基团。12.根据权利要求11所述的方法，其中R21、R22、R23和R24是氢。13.一种从溶液中纯化N-甲基亚氨基二乙酸(MIDA)硼酸酯的方法，所述方法包括下述步骤：使所述溶液穿过二氧化硅塞；使第一液体穿过所述二氧化硅塞；和使第二液体穿过所述二氧化硅塞，从而在所述第二液体中洗脱所述MIDA硼酸酯；其中所述第一液体含有乙醚，或所述第一液体的极性小于或大致等于98.5:1.5(v/v)Et2O:MeOH的混合物的极性；且所述第二液体的极性大于或大致等于四氢呋喃(THF)的极性。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一液体包含乙醚。15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一液体是乙醚。16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一液体是乙醚和甲醇的混合物。17.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一液体是乙醚和甲醇的混合物；且乙醚与甲醇的比率是98.5:1.5(v/v)。18.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二液体是THF、MeCN、乙酸乙酯或丙酮或具有类似极性的溶剂。19.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二液体是THF、MeCN、乙酸乙酯或丙酮。20.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二液体是THF。21.根据权利要求13所述的方法，其中所述溶液是得自化学反应的粗产物混合物。22.根据权利要求21所述的方法，其中所述化学反应选自：Suzuki-Miyaura偶联、氧化、Swern氧化、“Jones试剂”氧化、还原、Evans氏羟醛反应、HWE烯化、Takai烯化、醇甲硅烷基化、脱甲硅烷基化、对甲氧基苄基化、碘化、Negishi交叉偶联、Heck偶联、Miyaura硼化、Stille偶联和Sonogashira偶联。23.根据权利要求21所述的方法，其中所述化学反应包括使MIDA硼酸酯与试剂接触的步骤，其中所述MIDA硼酸酯包含：具有sp3杂化的硼、与所述硼连接的MIDA保护基、和通过硼-碳键与所述硼连接的有机基团；所述有机基团经过化学改造，且所述硼没有经过化学改造。24.根据权利要求13所述的方法，其中所述MIDA硼酸酯由表示；R10代表有机基团；B代表具有sp3杂化的硼；R20是甲基；且R21、R22、R23和R24独立地选自氢和有机基团。25.根据权利要求24所述的方法，其中R21、R22、R23和R24是氢。26.一种从溶液中纯化N-甲基亚氨基二乙酸(MIDA)硼酸酯的方法，所述方法包括下述步骤：用己烷稀释所述溶液，由此选择性地沉淀出MIDA硼酸酯；使稀释过的溶液穿过二氧化硅塞，由此将沉淀的MIDA硼酸酯沉积在所述二氧化硅塞上；使第一液体穿过所述二氧化硅塞；和使第二液体穿过所述二氧化硅塞，从而在所述第二液体中洗脱所述MIDA硼酸酯；其中所述第一液体含有乙醚，或所述第一液体的极性小于或大致等于98.5:1.5(v/v)Et2O:MeOH的混合物的极性；且所述第二液体的极性大于或大致等于四氢呋喃(THF)的极性。27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一液体包含乙醚。28.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一液体是乙醚。29.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一液体是乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：MD伯克，EP吉利斯，
申请(专利权)人：伊利诺伊大学评议会，
类型：发明
国别省市：美国;US