Un hapteno representado por la siguiente estructura:

Reacciones aldólicas enantio- y diastereoselectivas catalizadas por anticuerpos.

Campo de la invención

La invención se refiere a reacciones aldólicas catalizadas por anticuerpos. Más particularmente la invención se refiere a reacciones aldólicas enantio- y diastereoselectivas y a anticuerpos que catalizan estas reacciones.

Declaración de derechos gubernamentales

Esta invención se realizó con el apoyo del gobierno con la subvención del Instituto Nacional del Cáncer Nº CA 27489. El gobierno de Estados Unidos tiene ciertos derechos sobre la invención.

Antecedentes

La reacción aldólica es una reacción formadora de enlaces C-C que es clave para la práctica de la química orgánica sintética. Para las revisiones de las reacciones aldólicas, véase: a) S. Masamune, et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1985, 24,1-30; b) C.H. Heathcock, Aldrichim. Acta 1990, 23, 99-111; c) D.A. Evans, Science 1988, 140, 420-426; d) C.H. Heathcock, et al., en Comprehensive Organic Synthesis, Vol. 2 (Eds. B.M. Trost, I. Fleming, C.H. Heathcock), Pergamon, Oxford, 1991, pág. 133-319; e) C.J. Cowden, et al., Org. React. 1997, 51, 1; f) A.S. Franklin, et al., Contemp. Org. Synth. 1994, 1, 317. Como resultado de su utilidad, se ha aplicado un esfuerzo intensivo para el desarrollo de variantes enantioselectivas catalíticas de esta reacción. Las reacciones aldólicas enantioselectivas catalíticas se consiguen típicamente con enolatos preformados y catálisis metálica de transición quiral (S.G. Nelson, Tetrahedron: Asymmetric 1998, 9, 357-389; A. Yanagisawa, et al., J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 9319-9320; E.M. Carreira, et al., J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 3649-3650; D.A. Evans, et al., J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 10859-10860; y D.J. Ager, et al., Asymmetric Synthetic Methodology (CRC Press, Inc.: Florida. 1996). Como alternativa, las reacciones aldólicas enantioselectivas catalíticas pueden conseguirse con catalizadores de enzimas aldolasas naturales (C.-H. Wong, et al., Enzymes en Synthetic Organic Chemistry (Pergamon, Oxford, 1994); C.-H. Wong, et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 412-432; y W.-D. Fessner, Current Opinion en Chemical Biology 1998, 2, 85-89). Con las reacciones aldólicas catalizadas por metales de transición, la enantioselectividad se invierte fácilmente mediante el intercambio del ligando quiral que dirige el curso estereoquímico de la reacción. Con enzimas, sin embargo, no está disponible un procedimiento de estudio general para la inversión de la enantiose- lectividad.

Para dirigir el problema de la generación de novo de enzimas aldolasa, se desarrolló una estrategia de inmunización reactiva usando haptenos ß-dicetona para programar un mecanismo químico análogo al usado por las enzimas aldolasas de Clase I naturales en anticuerpos. La química de esta clase de enzimas está basada en un único resto de lisina químicamente reactivo que es esencial para el mecanismo covalente de estos catalizadores. La Figura 1 ilustra un hapteno de la técnica previa, es decir, el compuesto 1, que tiene una funcionalidad de ß-dicetona empleable como inmunogen activo capaz de atrapar un resto de lisina químicamente reactivo en el sitio activo del anticuerpo. El atrapamiento covalente se facilitó por enlazamiento de hidrógenos intramoleculares que actúan para estabilizar una enaminona en el sitio activo del anticuerpo. El mecanismo químico que conduce a la enaminona estabilizada debería corresponder a aquel de las aldeolasas de Clase I sobre esta porción del coordinado de la reacción. Dada la simetría mecánica alrededor del estado de transición de formación de enlaces C-C, este enfoque permitió la programación de este mecanismo de reacción multietapa en anticuerpos (C.F. Barbas III, et al., Science 1997, 278, 2085-2092). Los catalizadores de anticuerpos eficaces resultantes, ab38C2 (reactivo de Aldrich) y ab33F12 han mostrado que catalizan una amplia serie de reacciones enantioselectivas aldólicas y retroaldólicas (R. Björnestedt, et al., J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11720-11724; G. Zhong, et al., J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 8131-8132; T. Hoffmann, et al., J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2768-2779; y S.C. Sinha, et al., J. Am. Chem. Soc. 1999, presentados). Para una estrategia alternativa de anticuerpos de aldolasa véase J.L Reymond, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 2285-2287 o J.L. Reymond, et al., J. Org. Chem. 1995, 60, 6979.

Lo que se necesita es un método para aumentar el repertorio de catalizadores para esta reacción. En particular, se necesitan los anticuerpos con reactividad antipodal. Lo que se necesita es un nuevo concepto de diseño de hapteno para proporcionar una programación de reacción eficaz.

Sumario

En el presente documento se describe que una limitación del diseño de haptenos 1 de la técnica previa es que no dirige la geometría tetraédrica del estado de transición determinante de la tasa de la etapa de formación de enlaces C-C (J. Wagner, et al., Science 1995, 270, 1797-1880). Para el análisis de la geometría del estado de transición de la reacción aldólica, véase a) H.E. Zimmerman, et al., J. Am. Chem. Soc. 1957, 79, 1920; b) S.E. Dinamarca, et al., J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2177-2194 y las referencias en este; c) C. Gennari, et al., Tetrahedron 1992, 48, 4439-4458.

En la Figura 1 se ilustra un nuevo hapteno de sulfona ß-dicetona, es decir, el compuesto 2, que supera esta limitación al contener características estructurales comunes al enfoque análogo del estado de transición que han sido exitosas para tantas reacciones (P.G. Schultz y R.A. Lerner, Science 1995, 269, 1835-1842; y N.R. Thomas, Nat. Prod. Rep. 1996, 13, 479-511). El hapteno 2 de sulfona ß-dicetona también incluye la funcionalidad ß-dicetona, que es clave en la estrategia de inmunización reactiva. La geometría tetraédrica del resto de sulfona en el hapteno 2 imita al estado de transición tetraédrico de la etapa de formación de enlaces C-C y por lo tanto facilita el ataque nucleófilo del intermedio enantiómero del aldehído aceptor (Figura 2).

En el presente documento se describe que la combinación del diseño de la inmunización reactiva y la analogía del estado de transición en un único hapteno da como resultado un aumento con respecto a tanto el rendimiento de los catalizadores del sistema inmune así como a su eficacia como catalizadores. Esta estrategia dio como resultado la caracterización de los catalizadores de anticuerpo más competentes preparados hasta la fecha. Los anticuerpos 93F3 y 84G3 catalizan una amplia serie de reacciones aldólicas con ee en la mayoría de casos estudiados excediendo el 95%. Con acetona como el sustrato donador de aldol un nuevo centro estereogénico se forma por ataque en la otra cara del aldehído, lo que proporciona el complemento antipodal de ab38C2 en las reacciones aldólicas. A través de las reacciones aldólicas y retroaldólicas se puede acceder a ambos enantíomeros del aldol. Se muestra que estos catalizadores proporcionan acceso a una amplia variedad de sintones con aplicación a síntesis de productos naturales.

Un aspecto de la invención se dirige a un hapteno que combina una estructura que imita un estado de transición de una reacción aldólica como se encuentra en las aldolasas de Clase I junto con una estructura empleable en una inmunización reactiva. El hapteno se presenta con la siguiente estructura:

En la estructura anterior, n es 3.

Otro aspecto de la invención se dirige a moléculas de anticuerpo o moléculas que contienen porciones de sitio de combinación de anticuerpos que catalizan una reacción de adición aldólica. Las moléculas de anticuerpo o las moléculas que contienen porciones de sitios de combinación de anticuerpos se producen por hibridoma 93F3, teniendo un número de acceso ATCC PTA-823; hibridoma 84G3, teniendo un número de acceso ATCC PTA-824 o hibridoma 85H6, teniendo un número de acceso ATCC PTA-825.

Otro aspecto de la invención está dirigido a una célula productora de anticuerpos que segrega moléculas de anticuerpo o moléculas que contienen porciones de sitio de combinación de anticuerpos que catalizan una reacción de adición aldólica. La célula productora de anticuerpos es el hibridoma 93F3, teniendo un número de acceso ATCC PTA-823; el hibridoma 84G3, teniendo un número de acceso ATCC PTA-824 o el hibridoma 85H6, teniendo...

1. Un hapteno representado por la siguiente estructura:

2. Un hapteno de acuerdo con la reivindicación 1 que imita el estado de transición de una reacción aldólica como se encuentra en las aldolasas de Clase I.

3. Moléculas de anticuerpo o moléculas que contienen porciones de sitio de combinación de anticuerpos producidas por el hibridoma 93F3, que tiene un número de acceso ATTC PTA-823.

4. Moléculas de anticuerpo o moléculas que contienen porciones de sitio de combinación de anticuerpos producidas por el hibridoma 84G3, que tiene un número de acceso ATTC PTA-824.

5. Moléculas de anticuerpo o moléculas que contienen porciones de sitio de combinación de anticuerpos producidas por el hibridoma 85H6, que tiene un número de acceso ATTC PTA-825.

6. Un hibridoma que tiene un número de acceso ATTC PTA-823 que es capaz de expresar el anticuerpo 93F3.

7. Un hibridoma que tiene un número de acceso ATTC PTA-824 que es capaz de expresar el anticuerpo 84G3.

8. Un hibridoma que tiene un número de acceso ATTC PTA-825 que es capaz de expresar el anticuerpo 85H6.