-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft neue Verfahren zur Herstellung von Phosphoramiditen
und Oligophosphoramiditen. Die Verfahren sind, inter alia, zur Herstellung
von Phosphoramiditen geeignet, die wiederum bei der Synthese von
diagnostischen Oligonucleotidreagentien, Forschungsreagentien und
therapeutischen Mitteln geeignet sind.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Es
ist gut bekannt, dass die meisten der körperlichen Zustände bei
Säugern,
einschließlich
der meisten Krankheitszustände,
von Proteinen beeinflusst werden. Solche Proteine, die entweder
direkt oder über
ihre Enzymfunktionen wirken, haben großen Anteil an vielen Krankheiten
bei Tieren und beim Menschen bei. Die klassischen Therapeutika haben
sich bei den Bestrebungen, ihre krankheitsverursachenden oder krankheitspotenzierenden
Funktionen zu moderieren, im Allgemeinen auf Wechselwirkungen mit
solchen Proteinen konzentriert. Neuerdings allerdings wurden Versuche
unternommen, die eigentliche Produktion solcher Proteine durch Wechselwirkungen
mit Molekülen,
die ihre Synthese steuern, wie intrazelluläre DNA, zu moderieren. Es besteht
die Hoffnung, durch Eingreifen in die Produktion von Proteinen,
die therapeutischen Ergebnisse mit maximaler Wirkung und minimalen
Nebenwirkungen zu beeinflussen. Das allgemeine Ziel solcher therapeutischer
Wege besteht darin, in die Genexpression, die zu unerwünschter
Proteinbildung führt,
einzugreifen oder sie anderweitig zu modulieren.
-
Ein
Verfahren zur Hemmung der spezifischen Genexpression besteht in
der Verwendung von Oligonucleotiden und Oligonucleotid-Analogen
als "Antisense"-Mittel. Eingesetzt
werden die Oligonucleotide oder Oligonucleotid-Analoge, die zu einer
spezifischen Ziel-Messenger-RNA (mRNA)-Sequenz komplementär sind. Die Antisense-Methode
betrifft oft die komplementäre
Hybridisierung von relativ kurzen Oligonucleotiden und Oligonucleotid-Analogen
zu einzelsträngiger
mRNA oder einzelsträngiger
DNA, derart, dass die normalen essentiellen Funktionen dieser intrazellulären Nucleinsäuren unterbunden
werden. Die Hybridisierung ist das sequenzspezifische Wasserstoffbrückenbinden
von Oligonucleotiden oder Oligonucleotid-Analogen an Watson-Crick-Basenpaare
von RNA oder einzelsträngiger
DNA. Es wird gesagt, dass solche Basenpaare komplementär zueinander
sind.
-
Die
bisherigen Versuche in der Antisense-Therapie haben Oligonucleotide
oder Oligonucleotid-Analoge bereitgestellt, die dazu ausgelegt sind,
auf spezifische Weise durch Hybridisierung an eine spezifische mRNA
zu binden (d.h. Oligonucleotide, die mit einer Ziel-mRNA spezifisch
hybridisierbar sind). Solche Oligonucleotide und Oligonucleotid-Analoge
sollen die Aktivität
der gewählten
mRNA durch einen beliebigen aus einer Anzahl von Mechanismen hemmen,
d.h. in die Translationsreaktionen eingreifen, durch die Proteine,
die durch die mRNA kodiert werden, erzeugt werden. Es gestand die
Hoffnung, dass die Hemmung der Bildung der spezifischen Proteine,
die durch die mRNA-Sequenzen, in die eingriffen wird, kodiert werden,
zu therapeutischen Vorteilen führt;
allerdings sind immer noch Probleme zu lösen. Siehe allgemein Cook,
P. D. Anti-Cancer Drug Design 1991, 6, 585; Cook, P. D. Medicinal
Chemistry Strategies for Antisense Research, in Antisense Research & Applications,
Crooke, et al., CRC Press, Inc.; Boca Raton, FL, 1993; Uhlmann,
et al., A. Chem. Rev. 1990, 90, 543.
-
Oligonucleotide
und Oligonucleotid-Analoge sind nun als viel versprechende therapeutische
Mittel für therapeutische
und diagnostische Verfahren akzep tiert. Allerdings erfordern die
Anwendungen von Oligonucleotiden und Oligonucleotid-Analogen als
Antisense-Mittel für
therapeutische Zwecke, diagnostische Zwecke und als Forschungsreagentien
oft, dass die Oligonucleotide oder Oligonucleotid-Analoge in großen Mengen synthetisiert
werden, über
die Zellmembranen transportiert oder von Zellen aufgenommen werden,
an Ziel-RNA oder Ziel-DNA entsprechend hybridisieren und anschließend die
Nucleinsäurefunktion
stoppen oder unterbinden. Diese kritischen Funktionen hängen von
der Anfangsstabilität
der Oligonucleotide und Oligonucleotid-Analoge gegenüber einem Nucleaseabbau ab.
-
Ein
schwerwiegender Mangel von unmodifizierten Oligonucleotiden für diese
Zwecke, insbesondere für
Antisense-Therapeutika, besteht im enzymatischen Abbau der verabreichten
Oligonucleotide durch eine Vielzahl von intrazellulären und
extrazellulären
ubiquitären
nucleolytischen Enzymen.
-
Eine
Anzahl von chemischen Modifikationen wurde bereits in Antisense-Mittel (d.h. Oligonucleotide und
Oligonucleotid-Analoge) eingebaut, um ihre therapeutische Aktivität zu steigern.
Solche Modifikationen sind zur Erhöhung der Zellpenetration der
Antisense-Mittel, zur Stabilisierung der Antisense-Mittel gegenüber Nucleasen
und anderen Enzymen, die ihre Struktur oder Aktivität im Körper abbauen
oder beeinträchtigen,
zur Verstärkung
des Bindens der Antisense-Mittel an Ziel-RNA, zur Bereitstellung
eines Unterbindungsmodus (Terminierungsereignis), nachdem die Antisense-Mittel
sequenzspezifisch an Ziel-RNA gebunden wurden, und zur Verbesserung
der pharmakokinetischen und pharmakodynamischen Eigenschaften der
Antisensemittel ausgelegt. Es ist unwahrscheinlich, dass unmodifizierte, "Wildtyp", Oligonucleotide
geeignete therapeutische Mittel sind, da sie sehr schnell durch
Nucleasen abgebaut werden.
-
Die
möglichen
Anwendungen dieser Oligonucleotide und ihrer modifizierten Derivate
als Arzneimittel haben neue Herausforderungen bei der großtechnischen
Synthese dieser Verbindungen entstehen lassen.
-
Die
Festphasensynthese von Oligonucleotiden ist von Natur aus insofern
materialintensiv als mehr als ein Äquivalent von nucleotidischen
Phosphoramidit-Synthonen verwendet wird, vermutlich, um die Reaktion bis
zur Vollständigkeit
voran zu treiben. Angesicht der sehr großen Mengen an Oligonucleotidsynthesen,
die für
Forschungsanwendungen und zur großtechnischen Herstellung entsprechend
der klinischen Tests durchgeführt
werden, ist die Verwendung von teuren Nucleosid-Phosphoramiditen
ein wesentliches wirtschaftliches und ökologisches Problem. Dieses
Problem wird akuter, wenn das Monomer über eine mehrstufige Synthese synthetisiert
werden muss, bevor das Phosphoramidit-Stadium erreicht ist, wie
im Falle der Verwendung modifizierter Zucker- oder Nucleobase-enthaltender
Synthone in Oligonucleotid-Therapeutika.
-
W.
K.-D. Brill, Tetrahedron Letters 35(19), Ss. 3041–3044, 1994,
beschreibt die Gewinnung von vollständig geschützten Nucleosiden aus DNA-Synthesegerät-Abwässern.
-
In
der Technik bedarf es immer noch synthetischer Verfahren, wobei
es nicht erforderlich ist, dass eine große Menge an Phosphoramidit-Reagens
vergeudet wird. Die vorliegende Erfindung behandelt dieses als auch
andere Bedürfnisse.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft neue Verfahren zur Gewinnung von
Phosphoramiditen aus Abfallprodukten der traditionellen Phosphoramidit-Synthese. Bei den
bevorzugten Ausführungsformen
werden Verfahren zur Herstellung von Phosphoramiditen bereitgestellt,
umfassend die Schritte:
Umsetzen einer Verbindung der Formel:
wobei:
Z eine Interzuckerverknüpfung ist;
R
1 eine Hydroxyl-Schutzgruppe ist;
R
2 H, OH, O-Alkyl, O-Alkylamino, O-Alkylalkoxy,
ein Polyether der Formel (O-Alkyl)
m, wobei
m 1 bis 10 ist, oder eine geschützte
Hydroxylgruppe ist;
R
3 eine Phosphoryl-Schutzgruppe
ist;
B eine Nucleobase ist; und
n 0 bis 100 ist;
mit
einer Verbindung der Formel:
wobei
X
1 Br
oder Cl ist;
X
2 und X
3 unabhängig H,
Br oder Cl sind;
X und Y jeweils unabhängig 2 oder 3 sind und die
Summe von X und Y 5 ist; und
Zusammenbringen des Produkts der
Reaktion mit einer Verbindung der Formel HN(Q)
2 unter
Erhalt eines Phosphoramidits der Formel:
-
-
Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen
ist Q Alkyl, vorzugsweise Isopropyl.
-
R2 ist vorzugsweise H, eine geschützte Hydroxylgruppe,
O-Alkyl oder O-Alkylalkoxy.
Bei mehr bevorzugten Ausführungsformen
ist R2 Methoxyethoxy. Bei einigen bevorzugten
Ausführungsformen
ist R3 Cyanoethyl, 4-Cyano-2-butenyl oder Diphenylmethylsilylethyl.
Vorzugsweise ist x 3, und y ist 2.
-
Bei
den bevorzugten Ausführungsformen
wird die Umsetzung in einem Lösungsmittel
durchgeführt, das
vorzugsweise Acetonitril ist.
-
Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen
ist die Nucleobase Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin, Uracil, 5-Methylcytosin
oder ein geschütztes
Derivat davon.
-
Bei
weiteren bevorzugten Ausführungsformen
ist Z eine Phosphodiesterverknüpfung,
eine Phosphorothioatverknüpfung,
eine Phosphorodithioatverknüpfung;
oder eine Phosphonatverknüpfung.
Bei den besonders bevorzugten Ausführungsformen ist Z eine Phosphodiesterverknüpfung oder
eine Phosphorothioatverknüpfung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die
vorliegende Erfindung zeigt neue Verfahren zur Herstellung von Phosphoramiditen
auf. Die Verfahren sind zur Gewinnung einer breiten Vielzahl von
Spezies geeignet, die als Abfallprodukte bei der Oligonucleotidsynthese
produziert werden. Bei den bevorzugten Ausführungsformen werden Verfahren
zur Herstellung von Phosphoramiditen der Formel:
bereitgestellt, wobei Z eine
Internucleosidverknüpfung
ist; R
1 eine Hydroxyl-Schutzgruppe ist; R
2 H,
Halogen, OH, O-Alkyl, O-Alkylamino, O-Alkylalkoxy, ein Polyether
der Formel (O-Alkyl)
m ist, wobei m 1 bis
10 ist, oder eine geschützte
Hydroxylgruppe ist; R
3 eine Phosphoryl-Schutzgruppe
ist; B eine Nucleobase ist; n 0 bis 100 ist und Q jeweils unabhängig Alkyl
mit 1 bis 15 Kohlenstoffen, Aryl mit 6 bis 14 Kohlenstoffen bedeutet
oder (Q)
2 zusammen mit dem Phosphoamidit-Stickstoff
einen heterocyclischen Ring mit 2 bis 10 Kohlenstoffen bilden kann.
Die Verfahren umfassen die Schritte der Umsetzung einer Verbindung
der Formel I oder II:
mit einem Halogenphenoxychlorphosphoran
der Formel III:
wobei:
X
1 Br
oder Cl ist;
X
2 und X
3,
unabhängig,
H, Br oder Cl sind;
X und Y unabhängig 2 oder 3 bedeuten, wobei
die Summe von x und y 5 ist; und
Zusammenbringen des Produkts
der Reaktion mit einer Verbindung der Formel HN(Q)
2.
-
Die
Verbindungen der Formel I oder II können aus überschüssigen Phosphoramiditreagens-Abfällen stammen,
die bei der traditionellen Oligonucleotidsynthese verwendet werden,
wie beispielsweise in Oligonucleotides and Analogues: A Practical
Approach, Eckstein, F., Hrsg. IRL Press, Oxford, U.K. 1991 beschrieben.
-
Bei
einer typischen Oligonucleotid-Synthesevorschrift wird das freie
5-Hydroxyl der wachsenden
Oligonucleotidkette mit einem siebenfachen molaren Überschuss
des Nucleosids N,N-Dialkylphosphoramidit in Gegenwart von überschüssigem Tetrazol
umgesetzt. Es wird angenommen, dass der Tetrazol-Katalysator zuerst
die sekundäre
Aminogruppe des Phosphoramidits unter Bildung eines Tetrazolid-Addukts
verdrängt.
Anschließend
reagiert das Tetrazolid mit dem freien 5'-Hydroxyl der wachsenden Kette unter
Bildung eines Phosphits, das anschließend, beispielsweise durch
Oxidation, in die gewünschte
Verknüpfung, übergeführt wird. Das überschüssige (d.h.
nicht umgesetzte) Tetrazolid-Addukt wird aus der Reaktionskammer
ausgewaschen und reagiert anschließend mit dem Umgebungswasser
unter Bildung einer H-Phosphonatspezies, die durch die Formel I
dargestellt ist, die im Gleichgewicht mit ihrem Tautomer, das durch
die Formel II dargestellt ist, existiert. Somit stellt die vorliegende
Erfindung bei einem Aspekt ein zweckmäßiges Verfahren zur Gewinnung von
Phosphoramidit-Synthonen aus Abfallprodukten der Oligonucleotidsynthese
bereit.
-
Die
erfindungsgemäßen Verfahren
stellen wesentliche wirtschaftliche und ökologische Vorteile bei der Oligonucleotidsynthese
bereit. Obgleich die Festlegung auf eine bestimmte Theorie nicht
gewünscht
ist, wird angenommen, dass die Phosphonat-Spezies (Formel I) und
ihr Phosphit-Tautomer (Formel II) in Lösung im Gleichgewicht existieren,
wobei die Phosphonat-Spezies
stark begünstigt
ist. Es wird angenommen, dass das Halogenphenoxychlorphosphoran,
vorzugsweise Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran oder Bis[2,4,6-tribromphenoxy]trichlorphosphoran,
vorzugsweise mit der Phosphitspezies unter Bildung eines Halogenid-Addukts
reagiert, das anschließend
unter Bildung des Phosphoramiditprodukts mit einem sekundären Amin
reagiert. Demnach können
die erfindungsgemäßen Verfahren
zweckmäßigerweise
in einem einzigen Reaktionsbehälter
oder in Stufen durchgeführt
werden.
-
Die
Synthone der Formel I oder II stammen von einer aus der breiten
Vielzahl von Phosphoramidit-Spezies ab, die bei der Phosphoramidit-Oligomersynthese
verwendet werden können.
Die Synthone können
demnach monomere, dimere oder Synthone höherer Ordnung (d.h. Oligophosphoramidite)
sein, und können
eines aus der breiten Vielzahl von Internucleosidverknüpfungen,
Zuckern, Nucleobasen und modifizierten Derivaten davon, die aus
der Technik bekannt sind, umfassen.
-
Beispiele
für die
Internucleosidverknüpfungen,
die in den Synthonen der Formel I oder II zugegen sein können, umfassen
Phosphodiester-, Phosphorothioat-, Phosphorodithioat- und Phosphonatverknüpfungen. Weitere
repräsentative
Internucleotidverknüpfungen
umfassen Amid- oder substituierte Amidverknüpfungen, wie diejenigen, die
beschrieben sind bei Waldner et al., Synlett, 1, 57–61 (1994),
De Mesmaeker et al., Synlett, 10, 733–736 (1993), Lebreton et al.,
Synlett, 2, 137–140
(1994), De Mesmaeker et al., Bioorg. Medic. Chem. Lett. 4, 395–398 (1994),
De Mesmaeker et al., Bioorg. Medic. Chem. Lett. 4, 873–878 (1994),
Lebreton et al., Tet. Letters 34, 6383–6386 (1993), Lebreton et al.,
Tet. Letters 35, 5225–5228
(1994), Waldner et al., Bioorg. Medic. Chem. Lett. 4, 405–408 (1994),
und die Verknüpfungen,
die in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,489,677, U.S.-Serien-Nr. 08/317,289,
eingereicht am 3. Oktober 1994, U.S.-Serien-Nr. 08/395,168, eingereicht
am 27. Februar 1995, beschrieben sind.
-
Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff "Oligonucleotid" auf eine Vielzahl
von verknüpften
Nucleotideinheiten, die in einer spezifischen Sequenz ausgebildet
sind. Der Begriff Nucleotid besitzt seine gewohnte Bedeutung als
Phosphorylester eines Nucleosids. Der Begriff "Nucleosid" besitzt ebenfalls seine gewohnte Bedeutung
als Pentafuranosylzucker, der an eine nucleosidische Base (d.h. eine
stickstoffhaltige heterocyclische Base oder "Nucleobase") gebunden ist.
-
Es
wird davon ausgegangen, dass die erfindungsgemäßen Verfahren zur Synthese
von Phosphoramiditen mit sowohl natürlich vorkommenden als auch
nicht natürlich
vorkommenden Zuckerbestandteilen, Internucleosidverknüpfungen
und/oder Nucleobasen (d.h. nucleosidische Basen) verwendet werden
können. Nicht
natürlich
vorkommende Zucker, Internucleosidverknüpfungen und Nucleobasen sind
typischerweise strukturell unterscheidbar von den dennoch funktionell
damit austauschbaren, natürlich
vorkommenden Zuckern (z.B. Ribose und Deoxyribose), Internucleosidverknüpfungen
(d.h. Phosphodiesterverknüpfungen),
und nucleosidischen Basen (d.h. Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin).
Somit umfassen die nicht natürlich
vorkommenden Gruppierungen sämtliche
derartigen Strukturen, die die Struktur und/oder Funktion der natürlich vorkommenden
Gruppierungen nachahmen und die das Binden des Oligonucleotid-Analogs
an ein Ziel unterstützen
oder anderweitig in vorteilhafter Weise zu den Eigenschaften des
Phosphorothioat-Oligomers beitragen.
-
Repräsentative
Beispiele für
nicht natürlich
vorkommende Zucker umfassen Zucker mit einem aus einer Vielzahl
von Substituenten, die über
ihre 2'-Positionen
verknüpft
sind. Diese umfassen beispielsweise Halogenide, O-Alkyl, O-Alkylamino,
O-Alkylalkoxy, geschütztes
O-Alkylamino, O-Alkylaminoalkyl, O-Alkylimidazol und Polyether der
Formel (O-Alkyl)m, wo bei m 1 bis etwa 10
ist. Bevorzugt unter diesen Polyethern sind lineare und cyclische
Polyethylenglycole(PEGs) und (PEG)-enthaltende Gruppen, wie Kronenether,
und diejenigen, die von Ouchi et al., Drug Design und Discovery
1992, 9, 93, Ravasio, et al., J. Org. Chem, 1991, 56, 4329 und Delgardo
et al., Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems 1992,
9, 249 offenbart sind. Weitere Zuckermodifikationen sind bei Cook,
P. D., supra, offenbart. Die Fluor-, O-Alkyl-, O-Alkylamino-, O-Alkylimidazol-, O-Alkylaminoalkyl- und Alkylaminosubstitution
ist in der U.S.-Anmeldung mit der Serien-Nr. 08/398,901, eingereicht
am 6. März
1995, mit dem Titel Oligomeric Compounds having Pyrimidine Nucleotide(s)
with 2' und 5' Substitutions beschrieben.
-
Zucker
mit O-Substitutionen am Ribosylring sind ebenfalls für die vorliegende
Erfindung geeignet. Repräsentative
Substitutionen für
Ring-O umfassen S, CH2, CHF und CF2, siehe z.B. Secrist, et al., Abstract 21, Program & Abstracts, Tenth
International Roundtable, Nucleosides, Nucleotides and their Biological
Applications, Park City, Utah, Sept. 16–20, 1992.
-
Repräsentative
Nucleobasen, die zur Verwendung bei den erfindungsgemäßen Verfahren
geeignet sind, umfassen Adenin, Guanin, Cytosin, Uridin und Thymin
sowie andere nicht natürlich
vorkommende und natürliche
Nucleobasen, wie Xanthin, Hypoxanthin, 2-Aminoadenin, 6-Methyl-
und andere Alkylderivate von Adenin und Guanin, 2-Propyl- und andere
Alkylderivate von Adenin und Guanin, 5-Halogenuracil und Cytosin, 6-Azouracil,
Cytosin und Thymin, 5-Uracil (Pseudouracil), 4-Thiouracil, 8-Halogen-,
Oxa-, Amino-, Thiol-, Thioalkyl-, Hydroxyl- und andere 8-substituierte
Adenine und Guanine, 5-Trifluormethyl-
und andere 5-substituierte Uracile und Cytosine, 7-Methylguanin. Weitere
natürlich
und nicht natürlich
vorkommende Nucleobasen umfassen diejenigen, die in der U.S.-Patentschrift
Nr. 3,687,808 (Merigan, et al.), von Sanghvi Y. in Kapitel 15 von Antisense
Research and Application, Ed. S. T. Crooke and B. Lebleu, CRC Press,
1993, bei Englisch et al., Angewandte Chemie, Internationale Ausgabe,
1991, 30, 613–722
(siehe ins besondere Seiten. 622 und 623), in Concise Encyclopedia
of Polymer Science and Engineering, J. I. Kroschwitz Hrsg., John
Wiley & Sons,
1990, Seiten 858–859
und in Cook, P. D., Anti-Cancer Drug Design, 1991, 6, 585–607, offenbart
sind. Die Begriffe "nucleosidische
Base" und "Nucleobase" sollen weiterhin
heterocyclische Verbindungen umfassen, die als nucleosidische Basen
dienen können,
einschließlich
bestimmter 'universeller
Basen', die im strengen
klassischen Sinn keine nucleosidischen Basen sind, sondern ähnlich wie
nucleosidische Basen funktionieren. Ein repräsentatives Beispiel für eine solche
universelle Base ist 3-Nitropyrrol.
-
R1 ist eine Hydroxyl-Schutzgruppe. Bei den
erfindungsgemäßen Verfahren
kann eine breite Vielzahl von Hydroxyl-Schutzgruppen angewandt werden.
Vorzugsweise ist die Schutzgruppe unter basischen Bedingungen stabil,
kann allerdings unter sauren Bedingungen entfernt werden. Repräsentative
Hydroxyl-Schutzgruppen sind bei Beaucage et al., Tetrahedron 1992,
48, 2223–2311
und auch bei Green und Wuts Protective Groups in Organic Synthesis,
2. Ausgabe, John Wiley & Sons,
New York, 1991, in Kapitel 2 offenbart. Bevorzugte Schutzgruppen,
die für
R1 verwendet werden, umfassen Dimethoxytrityl
(DMT), Monomethoxytrityl, 9-Phenylxanthen-9-yl (Pixyl) und 9-(p-Methoxyphenyl)xanthen-9-yl
(Mox). Die R1-Gruppe kann aus den erfindungsgemäßen oligomeren
Verbindungen durch aus der Technik gut bekannte Techniken zur Bildung
des freien Hydroxyls entfernt werden. Beispielsweise können Dimethoxytritiyl-Schutzgruppen
durch protische Säuren, wie
Ameisensäure,
Dichloressigsäure,
Trichloressigsäure,
p-Toluosulfonsäure,
oder Lewis-Säuren,
wie beispielsweise Zinkbromid, entfernt werden.
-
R3 ist eine Phosphoryl-Schutzgruppe. Die Phosphoryl-Schutzgruppe
ist an den Phosphor-gebundenen Sauerstoff gebunden und dient dem
Schutz des Phosphors während
der Oligonucleotidsynthese. Siehe Oligonucleotides and Analogues:
A Practical Approach, supra. Eine repräsentative Phosphoryl-Schutzgruppe ist
die Cyanoethylgruppe. Weitere repräsentative Phosphoryl- Schutzgruppen umfassen
4-Cyano-2-butenylgruppen, Methyl- und Diphenylmethylsilylethyl(DPSE)-Gruppen.
-
Im
Allgemeinen werden die Schutzgruppen bei den erfindungsgemäßen Oligonucleotidsyntheseverfahren
zum Schutze mehrerer verschiedener Funktionalitätstypen verwendet. Im Allgemeinen
machen die Schutzgruppen eine chemische Funktionalität gegenüber spezifischen
Reaktionsbedingungen inert und können
an eine solche Funktionalität
in einem Molekül
ohne nennenswerte Beschädigung
des Restes des Moleküls
angefügt
und davon entfernt werden. Repräsentative
Schutzgruppen, die zum Schutze der Nucleotide während der Phosphorothioatsynthese
nützlich
sind, umfassen basenlabile Schutzgruppen und säurelabile Schutzgruppen. Basenlabile
Schutzgruppen werden zum Schutze der exocyclischen Aminogruppen
der heterocyclischen Nucleobasen verwendet. Dieser Typ von Schutz
wird im Allgemeinen durch Acylierung erzielt. Zwei üblicherweise
verwendete Acylierungsgruppen sind Benzoylchlorid und Isobutyrylchlorid.
Diese Schutzgruppen sind gegenüber
den Reaktionsbedingungen, die bei den erfindungsgemäßen Verfahren
angewandt werden, und während
der Oligonucleotidsynthese stabil und werden bei ungefähr gleichen
Geschwindigkeiten während
der Basenbehandlung am Ende der Oligonucleotidsynthese abgespalten.
Der zweite Typ von Schutz, der ebenfalls bei den erfindungsgemäßen Verfahren
angewandt wird, ist eine säurelabile
Schutzgruppe, die zum Schutze des Nucleotid-5'-Hydroxyls
während
der Synthese verwendet wird.
-
Tris[2,4,6-tribromphenoxy]dichlorphosphoran
oder Bis[2,4,6-tribromphenoxy]trichlorphosphoran kann nach dem Verfahren
von Hotoda et al., Tetrahedron Letters 1987, 28, (15) 1681–1684, synthetisiert
werden.
-
Bei
den erfindungsgemäßen Verfahren
reagiert das Produkt der Umsetzung zwischen der Verbindung der Formel
I oder II und dem Tribromphenoxychlorphosphoran mit einem sekundären Amin
unter Bildung des Phosphoramiditprodukts. Die Substituenten des
sekundären
Amins können
unter den vielen Spezies gewählt werden,
die bekanntlich als Phosphoramidit-Stickstoffsubstituenten funktionieren.
Repräsentative
Beispiele umfassen Niederalkylgruppen, Arylgruppen, cyclische Strukturen,
wobei der Phosphoramiditstickstoff Teil eines N-Morpholin-Ringsystems
bildet. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen sind die Substituenten Niederalkylgruppen,
insbesondere Isopropylgruppen. Weitere Beispiele für geeignete
Amine sind in verschiedenen U.S.-Patentschriften beschrieben, im
Prinzip in denjenigen von M. Caruthers und Kollegen. Diese umfassen
die U.S.-Patentschriften 4,668,777; 4,458,066; 4,415,732; und 4,500,707.
-
Wie
hier verwendet, umfasst der Begriff "Alkyl" geradkettige verzweigte und alicyclische
Kohlenwasserstoffgruppen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die
Alkylgruppen für
die vorliegende Erfindung können substituiert
sein. Repräsentative
Alkylsubstituenten sind in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,212,295,
in Spalte 12, Zeilen 41–50,
offenbart.
-
Wie
hier verwendet, bezeichnet der Begriff "Aralkyl" Alkylgruppen, die Arylgruppen, beispielsweise Benzylgruppen,
tragen. Der Begriff "Alkaryl" bezeichnet Arylgruppen,
die Alkylgruppen tragen, beispielsweise Methylphenylgruppen. "Aryl"-Gruppen sind aromatische
cyclische Verbindungen, einschließlich Phenyl, Naphthyl, Anthracyl,
Phenanthryl, Pyrenyl und Xylyl, jedoch nicht darauf beschränkt.
-
Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung sind Aminogruppen an die Alkyl- oder anderen Gruppen
angeknüpft,
wie beispielsweise 2'-Alkoxygruppen (z.B.,
wobei R2 Alkoxy ist). Solche Aminogruppen
sind auch üblicherweise
in natürlich
vorkommenden und nicht natürlich
vorkommenden Nucleobasen zugegen. Es ist im Allgemeinen bevorzugt,
dass diese Aminogruppen während
der Synthese der erfindungsgemäßen oligomeren
Verbindungen in geschützter
Form vorliegen. Repräsentative
Amino-Schutzgruppen,
die für
diese Zwecke geeignet sind, sind in Kapitel 7 von Green und Wuts,
supra, offenbart. Wie hier verwendet, umfasst der Begriff "Nucleobase" im Allgemeinen geschützte Derivate
davon.
-
Oligomere
Phosphoramidite, die durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden,
umfassen vorzugsweise etwa 1 bis etwa 100 monomere Untereinheiten.
Es ist mehr bevorzugt, dass solche Verbindungen etwa 1 bis etwa
30 monomere Untereinheiten umfassen, wobei 1 bis 10 monomere Untereinheiten mehr
bevorzugt und 1 bis 5 monomere Untereinheiten besonders bevorzugt
sind.
-
HERSTELLUNGSBEISPIEL 1
-
Herstellung von Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
-
Die
Verbindung wurde nach der Verfahrensweise von Hotoda, H. et al.,
Tetrahedron Letters, 1987, Bd. 28, 1681–1684, synthetisiert.
-
BEISPIEL 2
-
Herstellung von 5'-O-(4,4'-Dimethoxytrityl)thymidin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethyl-N,N-diisopropylphosphoramidit)
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit einem Magnetrührer, Gaseinlass
für Argon
und einem Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit 5'-O-(4,4'-Dimethoxytrityl)thymidin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethylphosphonat) (0,015
mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies Acetonitril
(200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch wird unter Argon
bei Raumtemperatur, wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran (0,225
mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren
wird das Reaktionsgemisch filtriert und unter reduziertem Druck
konzentriert. Das Rohprodukt wird durch Flashchromatographie unter
Verwendung von Kieselgel unter Erhalt des gewünschten Produkts gereinigt.
Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet. 31P-NMR
(CDCl3) 145,5, 146,1.
-
BEISPIEL 3
-
Herstellung von N2-Isobutyryl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-deoxyguanosin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethyl-N,N-diisopropylphosphoramidit)
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit einem Magnetrührer, Gaseinlass
für Argon
und einem Septum, wird unter Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit N2-Isobutyryl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-deoxyguanosin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethylphosphonat)
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
abfiltriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter
Erhalt des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.
-
BEISPIEL 4
-
Herstellung von N6-Benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-deoxyadenosin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethyl-N,N-diisopropylphosphoramidit)
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit Magnetrührer, Gaseinlass für Argon
und einem Septum, wird unter Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit N6-Benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-deoxyadenosin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethylphosphonat)
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter Erhalt
des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.
-
BEISPIEL 5
-
Herstellung von N4-Benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-deoxycytidin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethyl-N,N-diisopropylphosphoramidit)
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit Magnetrührer, Gaseinlass für Argon
und Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit N4-Benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-deoxycytidin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethylphosphonat)
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter Erhalt
des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.
-
BEISPIEL 6
-
2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-thymidinyl-thymidin-Dimer-Amidit
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit einem Magnetrührer, Gaseinlass
für Argon
und Septum, wird unter Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit 2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-thymidinyl-thymidin-Dimer-Phosphonat (0,015
mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies Acetonitril
(200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran (0,225
mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren
wird das Reaktionsge misch filtriert und unter reduziertem Druck
konzentriert. Das Rohprodukt wird durch Flashchromatographie unter
Verwendung von Kieselgel unter Erhalt des gewünschten Produkts gereinigt.
Triethylamin (1%) wird während
der Reaktion verwendet.
-
BEISPIEL 7
-
2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-N4-benzoyl-2'-deoxycytidinyl-thymidin-Dimer-Amidit
-
Einem
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit Magnetrührer, Gaseinlass für Argon
und Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammenbaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit 2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-N4-benzoyl-2'-deoxycytidinyl-thymidin-Dimer-Phosphonat
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter
Erhalt des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.
-
BEISPIEL 8
-
2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-N2-isobutyryl-2'-deoxyguanosinyl-thymidin-Dimer-Amidit
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit Magnetrührer, Gaseinlass für Argon
und einem Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit 2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-N2-isobutyryl-2'-deoxyguanosinyl-thymidin-Dimer-Phosphonat
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt.
-
Diesem
gerührten
Gemisch unter Argon bei Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter Erhalt
des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.
-
BEISPIEL 9
-
2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-N6-benzoyl-2'-deoxyadenosinyl-thymidin-Dimer-Amidit
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit Magnetrührer, Gaseinlass für Argon
und einem Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit 2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-N6-benzoyl-2'-deoxyadenosinyl-thymidin-Dimer-Phosphonat
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter
Erhalt des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.
-
BEISPIEL 10
-
2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-N2-isobutyryl-2'-deoxyguanosinyl-N6-benzoyl-2'-deoxyadenosinyl-Dimer-Amidit
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit Magnetrührer, Gaseinlass für Argon
und einem Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit 2-Diphenylmethylsilylethyl-5'-(O-4,4'-dimethoxytrityl)-N2-isobutyryl- 2'-deoxyguanosinyl-N6-benzoyl-2'-deoxyadenosinyl-Dimer-Phosphonat
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter
Erhalt des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.
-
BEISPIEL 11
-
Herstellung von 5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)uridin-2'-O-methoxyethyl-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethyl-N,N-diisopropylphosphoramidit)
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit Magnetrührer, Gaseinlass für Argon
und einem Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit 5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)uridin-2'-O-methoxyethyl-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethylphosphonat)
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter Erhalt
des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet. 31P-NMR
(CDCl3) 145,5, 146,1.
-
BEISPIEL 12
-
Herstellung von N2-Isobutyryl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-O-methoxyethylguanosin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethyl-N,N-diisopropylphosphoramidit)
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit Magnetrührer, Gaseinlass für Argon
und einem Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit N2-Isobutyryl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-O-methoxyethylguanosin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethylphosphonat)
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter
Erhalt des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.
-
BEISPIEL 13
-
Herstellung von N6-Benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-O-methoxyethyladenosin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethyl-N,N-diisopropylphosphoramidit)
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit einem Magnetrührer, Gaseinlass
für Argon
und Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit N6-Benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-O-methoxyethyladenosin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethylphosphonat)
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter
Erhalt des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.
-
BEISPIEL 14
-
Herstellung von N4-Benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-O-methoxyethylcytidin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethyl-N,N-diisopropylphosphoramidit)
-
Ein
250-ml-Zweihalskolben, ausgestattet mit einem Magnetrührer, Gaseinlass
für Argon
und Septum, wird unter einer Argonatmosphäre zusammengebaut. Sämtliche
Glasgeräte
werden 1 h bei 120°C
getrocknet. Der Kolben wird mit N4-Benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-O-methoxyethylcytidin-3'-O-(2-diphenylmethylsilylethylphosphonat)
(0,015 mol) und Diisopropylamin (0,12 mol) beschickt. Wasserfreies
Acetonitril (200 ml) wird zugesetzt. Diesem gerührten Gemisch unter Argon bei
Raumtemperatur wird Tris(2,4,6-tribromphenoxy)dichlorphosphoran
(0,225 mol) zugesetzt. Nach 3 h Rühren wird das Reaktionsgemisch
filtriert und unter reduziertem Druck konzentriert. Das Rohprodukt
wird durch Flashchromatographie unter Verwendung von Kieselgel unter
Erhalt des gewünschten
Produkts gereinigt. Während
der Reinigung wird Triethylamin (1%) verwendet.