Преимущества жидкофазного синтеза:

1. Жидкофазный синтез смесей веществ возможен при использовании всех известных синтетических методов, без каких либо ограничений.

2. Реакция проходит в гомогенных условиях.

3. Можно легко использовать нагревание.

4. Реакцию можно контролировать.

5. Возможна очистка и анализ продуктов реакции на каждой стадии.

Недостатки:

1. Реакции, даже при избытке одного реагента по отношению к другому, практически никогда не идут до конца. После окончания реакции все целевые соединения, побочные продукты и неизрасходовавшиеся реагенты находятся в реакционной смеси и для определения истинной активности целевых продуктов синтеза требуется их выделение и очистка.

2. Для разделения и очистки смесей продуктов, каждый из которых получается в количествах от одного до нескольких десятков миллиграмм практически невозможно использовать такие приемы как перегонка или кристаллизация. Поэтому приходится применять различные специальные методы экстракции или хроматографии, которые дороги и обычно требует большого времени.

3. Большинство типов химических реакций в силу их специфики (требование катализатора, инертной атмосферы и отсутствия следов влаги, необходимости использования малостабильных реагентов и защитных групп и т.д.) не возможно проводить в установках для параллельного синтеза. Поэтому реально используются несколько относительно простых и неприхотливых по условиям типов реакций, таких как ацилирование, алкилирование, сульфохлорирование, получение оснований Шиффа.

Твердофазный синтез

Комбинаторный синтез можно проводить не только в растворе (жидкофазный синтез), но и на поверхности твёрдой химически инертной фазы. В этом случае первое исходное вещество химически „пришивают“ к функциональным группам на поверхности полимерного носителя (чаще всего используют сложноэфирную или амидную связь) и обрабатывают раствором второго исходного вещества, которое берётся в значительном избытке, чтобы реакция прошла до конца. В такой форме реакции есть определённое удобство, поскольку облегчается техника выделения продуктов: полимер (обычно в виде гранул) просто отфильтровывают, тщательно промывают от остатков второго реагента и химически отщепляют от него целевое соединение.

В органической химии нет ни одной реакции, обеспечивающей на практике количественные выходы целевых продуктов в любом случае. Единственное исключение составляет, по-видимому, полное сжигание органических веществ в кислороде при высокой температуре до СО₂ и Н₂О. Поэтому очистка целевого продукта всегда является непременной, а часто самой сложной и трудоемкой задачей. Особенно сложной задачей является выделение продуктов пептидного синтеза, например, разделение сложной смеси полипептидов. Поэтому именно в пептидном синтезе наибольшее распространение получил метод синтеза на твердой полимерной подложке, разработанный в начале 60-х годов ХХ века Р.Б.Мерифилдом.

Полимерный носитель в методе Меррифилда – это гранулированный сшитый полистирол, содержащий хлорметильные группы в бензольных ядрах, которые являются линкерами, связывающими подложку с первым аминокислотным остатком полипептида. Эти группы превращают полимер в функциональный аналог бензилхлорида и сообщают ему способность легко образовывать сложноэфирные связи при реакции с карбоксилат-анионами. Конденсация такой смолы с N-защищенными аминокислотами ведет к образованию соответствующих бензиловых эфиров. Удаление N-защиты из дает С-защищенное производное первой аминокислоты, ковалентно связанное с полимером. Аминоацилирование освобожденной аминогруппы N-защищенным производным второй аминокислоты с последующим удалением N-защиты приводит к аналогичному производному дипептида также привязанному к полимеру:

Такой двухстадийный цикл (удаление защиты - аминоацилирование) может быть, в принципе, повторен столько раз, сколько требуется для наращивания полипептидной цепи заданной длины.

Дальнейшее развитие идей Мерифильда было направлено, прежде всего, на поиск и создание новых полимерных материалов для подложек, разработку методов разделения продуктов и создания автоматизированных установок для всего цикла полипептидного синтеза

Эффективность метода Мерифилда была продемонстрирована успешным синтезом целого ряда природных полипептидов, в частности инсулина. Особенно наглядно его преимущества были продемонстрированы на примере синтеза фермента рибонуклеазы. Так, например, ценой значительных усилий, в течение нескольких лет, Хиршмен с 22 сотрудниками выполнили синтез фермента рибонуклеазы (124 аминокислотных остатка) с помощью традиционных жидкофазных методов. Почти одновременно тот же белок был получен путем автоматизированного твердофазного синтеза. Во втором случае синтез, включающий всего 11 931 различных операций, в том числе и 369 химических реакций, был выполнен двумя участниками (Гатте и Меррифильдом) всего за несколько месяцев.

Идеи Меррифильда послужили основой для создания различных методов комбинаторного синтеза библиотек полипептидов различного строения.

Так в 1982 году была предложена оригинальная стратегия многостадийного параллельного синтеза пептидов на твёрдой фазе известная как „сплит-метод“ (split — расщепление, разделение) или метод “смешай и раздели” (рис. 3). Суть ее состоит в следующем. Допустим, что из трёх аминокислот (А, В и С) нужно получить все возможные комбинации трипептидов. Для этого гранулы твёрдого полимерного носителя (Р) разделяют на три равные порции и обрабатывают их раствором одной из аминокислот. При этом все аминокислоты химически связываются с поверхностью полимера одной из своих функциональных групп. Полученные полимеры трёх сортов тщательно смешивают, и смесь опять разделяют на три части. Затем каждую часть, содержащую все три аминокислоты в одинаковых количествах, вновь обрабатывают одной из тех же трёх аминокислот и получают девять дипептидов (три смеси по три продукта). Ещё одно смешение, разделение на три равные части и обработка аминокислотами дают искомые 27 трипептидов (три смеси по девять продуктов) всего через девять стадий, тогда как получение их по отдельности потребовало бы синтеза из 27×3 = 81 стадий.

Рис. 3.  Сплит-метод синтеза комбинаторной библиотеки