1928 G. Jager und R. Geiger 1973 ~ ~~

Liebigs Ann. Chem. 1973, 1928-1933

Isobornyloxycarbonyl-Rest als Schutzgruppe f iir die Guanidino- funktion des Arginins 1)

Georg Jager und Rolf Geiger *)

Farbwerke Hoechst AG, D-623 Frankfurt (Main) 80, Postfach 800320

Eingegangen am 15. Mai 1973

Bei der Umsetzung von Na-geschiitztem Arginin mit dem vergleichsweise stabilen Chlor- kohlensaure-isobornylester treten zwei Isobornyloxycarbonyl-Reste in die Guanidinogruppe ein. Dadurch wird die Guanidinofunktion vollstandig geschiitzt. Die Verwendung von Ns,Na-Bis(isobornyloxycarbonyl)-L-arginin zur Peptidsynthese wird am Beispiel des (p- Alaninl, Alanin6, Arginin8)-Vasopresseins gezeigt. Wegen ihrer groRen Loslichkeit reinigt man die NB,NW-Bis(isobornyloxycarbonyl)arginin-Derivate am besten chromatographisch. In hoheren Peptiden kann die sterische Hinderung der Isobornyloxycarbonylgruppen dam fuhren, daR der Benzyloxycarbonyl-Rest als Na-Schutzgruppe des Arginins nicht mehr durch katalytische Hydrierung abspaltbar ist.

kobornyloxycarbonyl Residue as Blocking Group for the Guanidmo Function of Arginine

Two isobornyloxycarbonyl residues are introduced in high yield into the guanidino group by reaction of N”-protected arginine with the comparatively stable isobornyl chloroformate. In this way the guanidino function is completely blocked. The use of NS,NW-bis(isobornyloxy- carbony1)-L-arginine for peptide synthesis is demonstrated by the preparation of (p-alaninel, alanine6, arginine8)vasopressein. Because of the high solubility of the NB,N”-bis(isobornyl- oxycarbony1)arginine derivatives chromatographic methods may be advantageously employed for their purification. Due to the steric hindrance of the isobornyloxycarbonyl groups in higher peptides the cleavage of the Na-protecting benzyloxycarbonyl residue of the arginine by catalytic hydrogenation becomes impossible in some cases.

Die zum Schutz von Aminofunktionen wahrend der Peptidsynthese empfohlenen protonensolvolytisch leicht abspaltbaren Gruppen, wie z. B. der tert.-Butyloxycar- bonyl- z), 1-Adamantyloxycarbony1-3) und der neuerdings eingefuhrte Isobornyloxy- carbonyl-Rest4), eignen sich grundsatzlich auch zum Schutz der Guanidinofunktion des Arginins.

*) Korrespondenz bitte an diesen Autor richten. 1) Teil eines Vortrags auf dem 11. Europaischen Peptidsymposium, Wien, April 1971 ;

vgl. auch: Farbwerke Hoechst AG (Erf. G. Jiiger und R . Geiger), D. 0. S . 2105150 (10. Aug. 1972).

2) L. A. Carpino, J. Amer. Chem. SOC. 79, 4427 (1957); F. C. McKay und N. F. Albertson, J. Amer. Chem. SOC. 79, 4686 (1957); G. W. Anderson und A. C. McGregor, J. Amer. Chem. SOC. 79, 6180 (1957); R . Schwyzer, P. Sieber und H. Kappeler, Helv. Chim. Acta 42, 2622 (1959).

3) W. L. Haas, E. V. Krumkalns und K. Gerzon, J. Amer. Chem. SOC. 88, 1988 (1966). 4, G. Jager und R. Geiger, Liebigs Ann. Chem. 1973, 1535.

1973 Isobornyloxycarbonyl-Rest als Arg-Schutzgruppe 1929

Zur vollstandigen Blockierung der Guanidinofunktion sind jedoch zwei Schutz- gruppen notig und die doppelte Acylierung der Guanidinogruppe erfordert den Einsatz der sehr aktiven Chlorkohlensaureester. Wegen zu geringer Bestandigkeit schied bisher die tert.-Butyloxycarbonylgruppe ganz aus, wahrend der 1-Adamantyloxy- carbonyl-Rest uber den maBig stabilen, frisch herzustellenden Chlorkohlensaure-l- adamantylester3) in uberraschend hoher Ausbeute zweimal in die Guanidinogruppe eingefuhrt werden konntes).

Auch der kiirzlich als Aminoschutzgruppe empfohlene, mit Trifluoressigsaure leicht abspaltbare Isobornyloxycarbonyl-Re& 1aBt sich uber seinen uberraschend stabilen Chlorkohlensaureester zweimal in die Guanidinofunktion des Arginins ein- fiihren. Aus Na-Benzyloxycarbonyl-L-arginin6) entsteht die entsprechende NS,NW-Bis- (isobornyloxycarbony1)-Verbindung 1 in 66proz. Ausbeute.

Wegen der hohen Loslichkeit in organischen Losungsmitteln und geringen Kristalli- sationstendenz muBte dieses Produkt chromatographisch gereinigt werden; ein kristallines Dicyclohexylammoniumsalz konnte nicht erhalten werden. Da auch nie- dere NS,NW-Bis(isobornyloxycarbony1)peptide wie z.B. Nu-Benzyloxycarbonyl-N”, NO- bis(isobornyloxycarbony1)-L-arginyl-glycinamid (2) und Benzyloxycarbonyl-~-prolyl- N~,NW-bis(isobor~yloxycarbonyl)-~-~ginyl-glycinamid (4) in organischen Losungs- mitteln nocht sehr leicht loslich sind, wurden sie ebenfalls saulenchromatographisch an Kieselgel rnit Diathyl- oder Diisopropylather, auch in Mischung rnit Methanol, gereinigt. Hohere Peptide lassen sich aus organischen Losungsmitteln umkristalli- sieren.

Die beiden N”JV”1sobornyloxycarbonyl-Schutzgruppen verursachen in starkerem MaBe sterische Hinderung als die NqNO-1 -AdamantyloxycarbonyI-Reste. Das kann in hoheren Arginylpeptiden dazu fiihren, daB z. B. der Na-BenzyloxycarbonyI-Rest am Arginin nicht mehr durch katalytische Hydrierung entfernbar ist. So hatten wir bei dem Versuch, den Benzyloxycarbonyl-Rest in Nu-Benzyloxycarbonyl-N”,NW-bis(isobornyl- oxycarbony1)-r. - arginyl - L - prolyl-L-valyl-NE-tert. - butyloxycarbonyl-~-lysyl-~-valyl-~ - tyrosinamid (14) durch katalytische Hydrierung abzuspalten, keinen Erfolg. Dagegen gelang rnit N”,NW-Bis(isobornyloxycarbonyl)-L-arginin die Synthese von (P-Alaninl, Alanin6, Arginin8)-Vasopressein (13) nach Schema 1 ; hierbei wurde auf der Stufe des Arginyldipeptids 2 hydriert.

Experimenteller Teil

Die Schmelzpunkte wurden im Apparat nach Tottoli bestimmt und sind nicht korrigiert. - Die spezifischen Drehwerte wurden im Polarimeter 141 der Fa. Perkin-Elmer gemessen. - Alle Produkte wurden i. Hochvak. uber PzOs getrocknet. - Die Aminosaureanalyse wurde nach 24stdg. Hydrolyse rnit 6 N HCI bei 120°C rnit einem Aminosaureanalysator der Fa. Beckman vorgenommen. - Zu den verwendeten Abkurzungen siehe Schema 1.

5) G. Jager und R. Geiger, Chem. Ber. 103, 1727 (1970). 6 ) R. A. Boissonnas, St. Guttmann, E. L. Huguenin, P . A . Jaquenoud und Ed. Sandrin, Helv.

Chim. Acta 41, 1867 (1958); M. Bergman; und L. Zervas,Ber. Deut. Chem. Ges. 65, 1199 (1932).

PAla

2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

13

Ibc =

Isob

orny

loxy

carb

onyl

; HO

bt =

1-H

ydro

xybe

nzot

riaz

ol; D

CC

= D

icyc

lohe

xylc

arbo

diim

id;

Mbh

= 4,4’-Dimethoxybenzhydryl; HO

Obt

=

3,4-Dihydro-3-hydroxy-1,2,3-benzotriazin-4-on;

Tcp

= 2

,4,5

-Tri

chlo

rphe

nyl.

1973 Isobornyloxycarbonyl-Rest als Arg-Schutzgruppe 1931

Z-Arg(Ibc)z-OH (1). - Die Suspension von 30.83 g (100 mmol) 2-Arg-OHs) in 40 ml Dioxan und 20 ml Wasser wird mit 50 ml (240 mmol) Chlorkohlensaure-isobornylester und anschlieI3end unter Ruhren bei 0-5°C und PH 11 - 13 rnit insgesamt 100 m14 N NaOH ver- setzt. Nach der Zugabe von weiteren 10 ml Chlorkohlensaure-isobornylester wird noch 3 h bei 0°C geruhrt. Dann wascht man funfmal mit Petrolather, nimmt in Ather auf, schuttelt die atherische Phase mit waI3riger Citronensaure-Losung, wascht sie mit Wasser, trocknet uber Natriumsulfat und dampft i. Vak. ein. Rohausbeute 67 g (100%). Das Rohprodukt wird saulenchromatographisch an Kieselgel (0.05 -0.2 mm; Fa. Merck) gereinigt, wobei zunachst rnit Diathyl- oder Diisopropylather, dann rnit Ather/Methanol (19 : 1) eluiert wird. Ausb. 44.0 g (66 %); 2ers.-P. ca. 124"C, [a]',' = +10.8" (c = 1, in Chloroform).

C36H52N408 (668.9) Ber. C 64.65 H 7.84 N 8.38 Gef. C 64.9 H 8.0 N 8.2

Z-Arg(Zbc)2-Gly-NHz (2). - Die Losung von 33.44 g (50 mmol) 1 in 130 ml Dimethyl- formamid wird bei Raumtemp. rnit 8.3 g (75 mmol) H-Gly-NH2 .HCI, 13.51 g (100 mmol) 1-Hydroxybenzotriazo17) und bei 0°C mit 8.25 ml (75 mmol) N-Methylmorpholin sowie 10.32 g (50 mmol) Dicyclohexylcarbodiimid versetzt. Man ruhrt 1 h bei 0°C und 2.5 h bei Raumtemp., saugt von Dicyclohexylharnstoff ab und dampft das Filtrat i. Hochvak. ein. Den Ruckstand lost man in Essigester, extrahiert die Losung mit wal3riger Natriumhydrogen- carbonat-Losung, verd. Citronensaure und Wasser, trocknet uber Natriumsulfat und dampft i. Vak. ein. Rohausb. 36.7 g (100%). Das Rohprodukt wird in wenig Methanol gelost, auf eine Kieselgelsaule (0.05 -0.2 mm, Fa. Merck) gegeben und zunachst rnit Ather, anschlieRend rnit Ather/Methanol (18: 1) chromatographiert. Ausb. 19.0 g (54%); DC: RF = 0.65 auf Kieselgel F (Fa. Merck) rnit AtherjMethanol (18: I), [a]',' = +8.4" (c = 1, in Chloroform).

C38H56N608 (724.9) Ber. C 62.96 H 7.79 N 11.59 Gef. C 63.3 H 8.0 N 11.4

Z-Pro-Arg(Zbc)~-Gly-NHz. 0.5 H20 (4.0.5 H20)

1) 12.9 g (16.7 mmol) 2 werden in 60 ml Methanol an Palladium/Bariumsulfat 6 h hydriert. Dann wird vorn Katalysator abgesaugt und das Filtrat i. Vak. eingedampft. Ausb. 9.86 g (100 %) H-Arg(Ibc)z-Gly-NHz (3).

2) Die Losung von 9.86 g (16.7 mmol) H-Arg(Ibc)z-Gly-NH~ (3) in 30 ml Dimethylform- amid wird rnit 6.40 g (18.5 mmol) 2-Pro-ONSus) versetzt. Nach 12stdg. Ruhren bei Raum- temp. und anschlieI3endem Filtrieren dampft man i. Hochvak. ein. Der Ruckstand wird in Essigester aufgenommen, die Essigesterlosung rnit Natriumhydrogencarbonat-Losung, verd. Citronensaure und Wasser gewaschen, uber Natriumsulfat getrocknet und i. Vak. einge- dampft. Rohausb. 13.7 g (100%). Das Produkt lal3t sich saulenchromatographisch an Kiesel- gel (0.05-0.2 mm; Fa. Merck) mit Ather/Methanol (9: 1) reinigen. Ausb. 9.8 g (71 %) amorphes Pulver; DC: RF = 0.60 an Kieselgel F (Fa. Merck) rnit hher/Methanol (9: l),

C43H63N709-0.5 H20 (831.0) Ber. C 62.15 H 7.76 N 11.80 Gef. C 62.1 H 7.5 N 11.5

H-Pro-Arg(Zbc)2-Gly-NHz. 1.5 HzO (5-1.5 H20). - 8.78 g (10.7 mmol) 4.0.5 HzO werden in 100 ml Methanol an Palladium/Bariumsulfat 1.5 h hydriert. Nach Entfernung des Ka- talysators dampft man i. Vak. ein und trocknet i. Hochvak. Ausb. 7.55 g (100%). Das Produkt ist chromatographisch fast sauber; vollig reines Produkt erhalt man durch Saulen-

= -35.7' (c = 1, in Chloroform).

7) W. Konig und R. Geiger, Chem. Ber. 103, 788 (1970); R. Nietzki und E. Braunschweig,

8) G. W. Anderson, J. E. Zimmerman und F. M. Callahan, J. Amer. Chem. SOC. 86, 1839 Ber. Deut. Chem. Ges. 27, 3381 (1894).

(1 964).

1932 G. Jager und R. Geiger 1973

chromatographie an Kieselgel rnit Ather/Methanol (8: 2). Ausb. 6.28g (82 %); [a]" = -6.2' (c = 1, in Chloroform). C35H57N707.1.5 H20 (714.9) Ber. C 58.80 H 8.46 N 13.72 Gef. C 58.8 H 8.2 N 13.5

Z-Ala-Pro-Arg(Ibc)2-Gly-NH2 (6). - Die Losung von 7.65 g (10.7 mmol) 5.1.5 H20 in 100 ml Dimethylformamid wird rnit 3.43 g (10.7 mmol) Z-Ala-ONSus) versetzt und 18 h bei Raumtemp. geriihrt. Dann dampft man i. Hochvak. ein, nimmt den Riickstand in Essigester auf, wascht die Essigesterlosung rnit Natriumhydrogencarbonat-Losung, verd. Citronensaure und Wasser, trocknet uber Natriumsulfat und dampft i. Vak. ein. Ausb. 9.00 g (94%); [a]'," = -54.5" ( c = 1, in Chloroform).

C46H68Ng010 (893.1) Ber. C 61.86 H 7.67 N 12.55 Gef. C 62.0 H 7.8 N 12.2

Z-Asn-Ala-Pro-Arg(Ibc)2-Gly-NH2 (8) 1) 8.93 g (10 mmol) Z-Ala-Pro-Arg(Ibc)2-Gly-NH2 (6) werden in 100 ml Methanol in

Gegenwart von Palladium/Bariumsulfat hydriert. Ausb. 7.27 g (96 %) H-Ala-Pro-Arg(Ibc)z- GIy-NHz (7).

2) Die Losung von 7.27 g (9.6 mmol) 7 und 3.7 g (9.6 mmol) Z-Asn-ONp9) in 40 ml Dimethyl- formamid wird nach 12stdg. Ruhren bei Raumtemp. rnit Ather versetzt. Nach Verreiben saugt man den Niederschlag ab, wascht rnit Ather und kocht rnit Methanol aus. Ausb. 7.14 g (74%) 8; Schmp. 211 -212'C (Zers.), DC: RF = 0.74 an Kieselgel F, (Fa. Merck) rnit Chloroform/Methanol (8:3), [a]$* = -51.0" (c = 1, in 80proz. Essigsaure).

C50H74N10012 (1007.2) Ber. C 59.63 H 7.41 N 13.91 Gef. C 59.4 H 7.3 N 13.8

Z-Tyr(Bu')-Phe-Gln( Mbh) -Asn-Ala-Pro-Arg(lbc)2-Gly-NH2 (10) 1) 7.28 g (97.5 %) H-Asn-AIa-Pro-Arg(Ibc)2-Gly-NH2~ CH3COOH (9. CH3COOH) erhalt

man durch katalytische Hydrierung von 8.06 g (8 mmol) 8 in Essigsaure.

2) Die Losungvon 8.3 g (9.4 mmol) Z-Tyr(But)-Phe-Gln(Mbh)-OHlo) und 1.54 g (9.4 mmol) 3,4-Dihydro-3-hydroxy-l,2,3-benzotriazin-4-on11) in 55 ml Dimethylformamid wird bei 0°C rnit 1.94 g (9.4 mmol) Dicyclohexylcarbodiimid versetzt. Man riihrt jeweils 1 h bei 0 und 25"C, filtriert vom ausgefallenen Dicyclohexylharnstoff ab und wascht diesen rnit 25 ml Dimethylformamid. Die Filtrate versetzt man rnit 7.28g (7.8 mmol) H-Asn-Ala-Pro-Arg(1bc)z- Gly-NHz. CHJCOOH (9. CH3COOH) und bei 0°C rnit 1 ml (7.8 mmol) N-Athylmorpholin. Nach 3stdg. Riihren bei Raumtemp. wird filtriert und das Filtrat rnit Wasser versetzt. Der abgesaugte und getrocknete Niederschlag wird rnit Methanol ausgekocht. Ausb. 9.8 g (73 %) 10; Schmp. 240-245°C (Zers.), [a]",' = -27.3' (c = 1, in 90proz. Essigsaure).

C92H122N14019 (1728.1) Ber. C 63.94 H 7.12 N 11.35 Gef. C 64.2 H 7.3 N 11.2

Boc-~Ala-Tyr(Bu')-Phe-Gln( Mbh)-Asn-Ala-Pro-Arg(Ibc)2-Gly-NH2 ' 2 H20 (12.2 HzO) 1) 1.50 g (0.87 mmol) 10 werden in 60 ml 90proz. Essigsaure gelost und an Palladium/

Bariumsulfat 2 h hydriert. Nach Entfernung des Katalysators wird eingedampft, der Riick- stand in Wasser verrieben und abzentrifugiert. Ausb. 1.23 g (86 %) H-Tyr(But)-Phe-Gln(Mbh)- Asn-Ala-Pro-Arg(Ibc)2-Gly-NH2. CH3COOH (11. CH3COOH); Schmp. 207-210°C (Zers.), [a]2," = -34.5" (c = 1, in 90proz. Essigsaure).

2) In die Losung von 0.76 g (0.46 mmol) 11. CHjCOOH in 8 ml Dimethylformamid werden 0.22 g (0.60 mmol) Boc-PAla-OTcpl2) eingetragen. Nach Zugabe von 0.06 ml (0.46 mmol)

9) M. Bodanszky und V. du Vigneaud, J. Amer. Chem. SOC. 81, 5688 (1959). 10) W. Konig und R . Geiger, Chem. Ber. 103, 2041 (1970). 11) W. Konig und R. Geiger, Chem. Ber. 103, 2034 (1970). 12) P . H. Bentley, H. Gregory, A . H. Laird und J. S . Morley, J. Chem. SOC. 1964, 6130.

1973 Isobornyloxycarbonyl-Rest als Arg-Schutzgruppe 1933

N-Athylmorpholin wird die Losung 50 h bei Raumtemp. gerhhrt. AnschlieBend wird i. Hoch- vak. eingedampft, der gallertige Riickstand mit Essigester verrieben, abgesaugt und rnit Metha- nol ausgekocht. Ausb. 0.61 g (74%) 12.2H20; Zersetzung ab 252"C, [a]Z,2 = -37.6" (c = 1, in 90proz. Essigsaure).

C92H12gN15020.2HzO (1801.2) Ber. C 61.35 H 7.44 N 11.67 Gef. C 61.1 H 7.2 N 11.5

H-PAla-Tyr-Phe-Gln-Asit-Ala-Pro-Arg-Gly-NHz -2CF3COOH (13.2CF3COOH). - 0.36 g (0.20 mmol) 12.2H20 werden in 3 ml Trifluoressigsaure gelost und 5 min unter RUcklluB gekocht. Nach dem Erkalten versetzt man rnit absol. Ather, verreibt und saugt den Nieder- schlag ab. Er wird rnit absol. Ather gewaschen und iiber KOH und P2O5 i. Hochvak. ge- trocknet. Ausb. 0.28 g; Zen-P. ca. 157--162"C, [a]',' = -62.4" (c = l , in Wasser). Aminosaureanalyse : Ber. PAla 1.0 Phe 1.0 Glu 1.0 Asp 1.0 Ala 1.0 Arg 1.0 Gly 1.0 NH3 3.0 Gef. PAla 0.95 Phe 1.00 Glu 1.02 Asp 1.01 Ala 1.00 Arg 0.98 Gly 0.98 NH3 3.08

Z-Arg(lbc)2-Pro-Val-Lys(Boc)-VaZ-Tyr-NH2 (14). - 8.03 g (12 mmol) 1, 7.04 g (10 mmol) H-Pro-Val-Lys(Boc)-Val-Tyr-NH25) und 3.24 g (24 mmol) 1 -Hydroxybenzotriazol7) werden in 250 ml Dimethylformamid gelost und bei 0°C rnit 2.47 g (12 mmol) Dicyclohexylcarbodi- imid versetzt. Man riihrt 1 h bei 0°C und 6 h bei Raumtemp. Nach dem Abkiihlen auf -5°C saugt man vom Dicyclohexylharnstoff ab und versetzt das Filtrat mit waBriger Natrium- hydrogencarbonat-Losung. Der feste Niederschlag wird abgesaugt, mit Wasser gewaschen, iiber PzO5 i. Hochvak. getrocknet und aus Methanol umkristallisiert. Ausb. 8.29 g (61 %); Schmp. 215-216°C (Zers.).

C71H107N11015 (1354.7) Ber. C 62.95 H 7.96 N 11.38 Gef. C 62.7 H 8.0 N 11.6 [96/731