组合化学

Chapter ４ 化合物库的设计组合合成

用20种天然氨基酸合成五肽，组合起来的数量： 二聚体 202=400 三聚体 203=8000 四聚体 204=160,000 五聚体 205=3200,000 1、庞大的有机化合物数目：

根据排列组合的基本原理可知：若x为用于构成化合物的单体数目，n为每一化合物中的单体数目，所组成的化合物总数为C ，则C=Xn

在1995年有人估算出有机小分的总数为：10200个

若从上述每一种化合物中取出一个分子相加和，其总质量将是宇宙质量的10128倍。 可见有机化合物的数量如此之大，要合成如此大量的化合物。——采用组合合成技术。

组合合成技术起源于固相有机合成，但是液相反应同样可用于组合化学。在组合化学领域，固相有机合成（固相组合合成）处于统治地位，而大家比较熟悉液相有机合成（液相组合合）应用较少 一、固相组合合成策略

要高通量合成大量的化合物，目前固相组合合成主要采取下列两种策略：

平行合成方式、分混合成方式 １、平行合成方式

是指在合成过程中以平行的方式同时合成多种反应产物。

每个反应是在独立反应器中进行的，每个反应都同时进行的，即为平行合成方式.

Ａ、茶叶袋库（tea-bag）（最早实现平行合成）

美国人Houghten 把功能基化的聚苯乙烯树脂小球（Merrifield树脂）装在聚丙烯制成的带微孔的小袋（1.5×2cm）“茶叶袋”同时合成大量多肽。作者在不到一个月的时间合成了248个十三肽，每一个小袋得到一种纯的十三肽，每种肽的产量在10-20mg。

Richard A. Houghten博士现任美国Torrey Pines分子研究所主席。毕业于加州大学旧金山分校，是国际上著名的组合化学、多肽化学和分子多样性研究专家。近30年来，发表了近500篇科研论文，有十几篇发表在世界一流期刊（Nature、 Science）上。他是国际上组合化学方法发现新药先导化合物的开拓者和奠基人之一。曾获得美国化学会授予的国家化学奖。 Ｂ、多针库

澳大利亚公共健康血液实验室的研究人员Geysen于1984年 应用功能基化聚乙烯多针同时合成大量多肽。96个聚乙烯针排列于标准96孔板支座上，每个针的末端键合上反应底物。每个孔包含活化的氨基酸溶液，针被浸于溶液中以进行肽偶联反应。每个反应孔将产生不同的肽产物。这种方法大约能产生0.05-2 mmol的肽.

每只小棒一天可接上一个残基，因此一块多针板一天可进行９６接肽循环。该实验室在三年内合成了２０万个多肽，找到口蹄疫病毒膜蛋白的抗原决定簇。 C、照相平版（光印库）

将固相合成技术与光敏式印刷术相结合。

所用氨基酸的氮端用6—硝基藜芦氧羰基(NVOC)加以保护，该保护基可以被365nm的紫外光光解切除。

1、 首先在一块显微玻璃表面上用3—(氨基丙基)三乙氧基硅烷衍生化，随后用NVOC基团保护自由

氨基。

2、 使用光蒙片使玻璃芯片上的特定区域受光照而被脱保护，随后这些区域内的化学官能团被衍生化。 3、可以采用一系列连续光刻技术蒙片来合成一个特定四联体系列的所有16种单体排列 ２、分混合成方式（Mix-Split） Ａ、一珠一物法(one bead,one compound)

该方法依赖于在树脂珠上合成化合物，仅能用于固相反应。一定数量的载体被分成相等的几部分，然后各部分独自与不同的起始单体原料反应。反应后，树脂的各部分又重新合并，混匀，再被分成几部分，进一步与一系列试剂反应。 是分混合成方式的一种通用方法。该法每一载珠上的产物只能是单一的化合物，这是该法最重要的特点，因此又叫单珠单化合物库。 B、一珠一物法的重要性 化学

C、一珠一物法的产生

一珠一物法合成方法于1988年由Furka在布拉格举行的一次生物化学会议上提出。但是，直到1991年他才正式发表。同年,Lam和Houghten分别在Nature同一期上发表该法。 1. Furka, A. et al. (1988). Abstr. 14th Int. Congr. Biochem. Prague, Czechoslovakia, 5,47 2. Furka, A. et al. Int. J. Peptide Prot. Res. 1991, 37, 487-493. 3. Houghten, R. A. et al. Nature 1991, 354, 84-86. 4. Lam, K. S. et al. Nature 1991, 354, 82-84.

Kit Sang Lam，现任加州大学戴维斯分校的内科系血液学和肿瘤学临床医学部门主任。1975年毕业于德克萨斯大学，1980年在威斯康星大学获得博士学位，1984年在斯坦福大学获得医学博士学位。主要研究领域是组合化学，是“一珠一化合物”组合化学概念和方法的发明人，发表100篇研究论文。 D、3×3的一珠一物库合成图：

一珠一物法是组合化学的精华及威力所在，是最重要、最高效的组合合成技术。一珠一物法在1991年Furka、Lam和Houghten发明后，组合合成及化合物库的概念才出现，人们才开始接受组合

(MeO)3SiNH2SiOHSiOSiNH2SiOSiNHNVOC

１、通过9个反应得到27个化合物。

２、每一珠树脂被当作一个单位移动，因此同一树脂珠上固载的化合物都是以相同的路径合成来的，因而一树脂珠上只有一种化合物(27种化合物之一)。

３、为避免识别化合物结构的困难，编码、解码在固相载体上同时进行。

4、所有可能的固相载体的数量必将远大于27，以保 证混合-裂分过程的统计量相等。 E、结论

应用一珠一物方法，合成一个由20个合成块(20种氨基酸)组成的五聚物。借助100个反应器便可合成得到320万个五聚物。如果合成六聚物，借助120个反应，合成6400万个化合物.。事实上，该可以合成难以置信的数量的化合物。这就是组合化学的威力。

面临难题：1、增加筛选困难。（高通量筛选） 2、库化合物结构鉴定。(编码技术）

几种组合合成方法的合成效率比较

Ａ、茶叶袋库（tea-bag）：不到一个月的时间合成了248个十三肽 Ｂ、多针库：三年内合成了20万个多肽

C、一珠一物法：Houghten制备了一个超过3400万个N—乙酰化的六肽化合物库，该库由18种氨基酸组成。Lam使用19种氨基酸制备了一个包含250万个五肽的化合物库。 平行合成与分混合成的比较: 优 点 合成效率最高，分混合成 短时间内可合成大量的化合物 库化合物活性平行合成 筛选容易、库化合物结构不需鉴定

F、对一珠一和物库进行的改进工作

(1) Kerr, J. M et al. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 2529 (2) Lam, K. S. et al Peptide Res. 1993, 6, 161 (3) Ohlmeyer, M. H. J. et al. PNAS. 1993, 90, 10922 (4) Lam, K. S. et al. PNAS. 1993, 90, 11708 (5) Lam, K. S. et al. PNAS. 1996, 93, 8194 (6) Lam, K. S. et al Mol. DiVersity 1996, 2, 57 (7) Jayawickreme, C. K.et al. PNAS. . 1994, 91, 1614 G、对一珠一物法改进工作之一 一几何块一化合物法：

a, 4-hydroxybenzyl alcohol, NaOMe, DMF; b, bromoacetyl bromide, DBU, CH2Cl2;

c, hexylamine，diisopropylethylamine, 1,4-dioxane; d, iso-butyl isocyanate, CH2Cl2; e, 1:1 TFA:CH2Cl2

一几何块一化合物法的优、缺点： 1、所得每一化合物的量较大。

合成效率比传统方法高，但比分混合成低 缺 点 库化合物活性筛选困难、库化合物结构的鉴定困难 2、相同几何形状的树脂块组成一化合物亚库，其第一个结构单元相同。 3、操作较简单。

4、不适宜合成库化合物种类大的库。牺牲分混合成法的高效性来获得每一化合物量及结构信息。 平行合成非聚合物库——苯(并)二氮卓( 镇静药)

Chapter 5 液相组合化学

一、固相组合合成的缺点：

1、可应用于固相合成的化学反应范围显然是有限的。2、由于反应底物及产物均连接到固相载体上，检测反应过程是比较困难的。（虽然随着固相化学反应的发展，出现了固体NMR技术。） 若用液相合成法来制备组合化合物库，则可地避免这些困难。 二、液相组合合成的局限：

1、没有自动化仪器帮助进行大量化合物纯化工作。（最大的困难） 2、局限于用可靠的化学反应进行路线较短的合成。

3、避免在溶液中制备混合物，因为会产生大量不纯物质，不容易除去。（液相组合合成主要采取——平行合成策略，少用——混和合成策略。 三、平行液相合成

手工或自动方法已用于平行制备数十到数百个生物活性底物的类似物，产物通过可靠的偶联条件和官能团的相互转化来合成，除去溶剂和挥发性的副产物或者用酸、碱进行洗涤除去杂质可进行筛选。（不依靠柱层析来纯化产物）

平行液相组合合成实例:

亚胺二乙酸衍生物库的合成：利用平行溶液组合合成得到分别包含960 ,1014 ,1158个化合物三个化合物库.每一个化合物的量为: 10-148 mg ,收率为:10 to 71%(平均:52%).