【最新】Fmoc法肽合成中正交保护赖氨酸的研究进展.doc
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Ｆｍｏｃ 法肽合成中正交保护赖氨酸的研究进展 摘 要：综述了各种用于Ｆｍｏｃ 法肽合成赖氨酸的正交保护方法，这些保护方法对多 肽的化 学修饰起着十分重要的作用 介绍了各种正交保护赖氨酸 的合成、脱除方法及在肽合成中的应 用实例，分析了各种保护基的特点、相互间的互补性及不足之处 关 键 词：正交保护；肽合成；赖氨酸 １９６３年，Ｍｅｒｒｉｆｉｅｌｄ 创立了固相多肽合成 法 〔１〕 ，从此以各种保护氨基酸为原料的固相合成 研究及其应用引起了人们的广泛关注 今天，固 相合成法得到了很大发展 正交保护是指在一定条件下，分子中的一组 保护基可被选择性地脱除，而其他保护基不受影 响 〔２〕 一般情况下，正交保护是指基于机理之间 的区别，例如半永久性和临时性保护基之间的区 别，而且正交保护策略一般能提供较温和的反应 条件 Ｌｙｓ 中的 ε 氨基碱性很强，同时具有亲核作 用 Ｆｍｏｃ 策略中，Ｂｏｃ 基团是比较好的保护基团， 对碱的稳定性好，可以有效抑制副反应的发生 赖氨酸是双氨基的氨基酸，同时Ｌｙｓ 一般也是进行 化学修饰的位点，这时需要特殊的保护基团，一般 使用Ａｌｌｏｃ 〔３〕 、Ｄｄｅ 〔４〕 、ｉｖＤｄｅ 〔５〕 等进行正交保护。
１Ｄｄｅ 保护的赖氨酸 Ｄｄｅ 保护基团在肽合成中主要用于保护伯 胺，它是由２乙酰基５，５二甲基１，３环己二酮在ＤＭＦ 溶液中形成的〔６〕 由于它易于被 ２％ 肼／ＤＭＦ溶液脱除和在 ＴＦＡ 和哌啶溶液中相对稳定，所以Ｄｄｅ保护的赖氨酸在 Ｆｍｏｃ／ｔＢｕ 肽合成策略 中用于合成支链肽、 环肽和侧链氨基修饰的肽 １． １ Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ（Ｄｄｅ） ＯＨ 的合成 Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ（Ｄｄｅ） ＯＨ 的合成方法较多 由于 醛酮和伯胺反应生成含碳氮双键的亚胺（ 西佛 碱） ，亚胺在稀酸中水解，又回到原来的羰基化合 物及胺，可以用这一机理来保护赖氨酸中的 ε 氨 基 Ｐｒａｓａｄ Ｓ． Ｒａｊｅ 等 〔７〕 报道用茴香醛在碱性条件 下和赖氨酸形成西佛碱临时性地保护 ε 氨基，然 后选择Ｆｍｏｃ 保护 α 氨基 稀酸水解西佛碱去除 ε 氨基保护，最后选择保护基保护 ε 氨基 可以 利用这一原理合成Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ（Ｄｄｅ） ＯＨ（图１） 〔８〕 图１ Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ（Ｄｄｅ） ＯＨ 的合成 １． ２ Ｄｄｅ 保护基团的脱除 Ｄｄｅ 保护基团可以用２％的水合肼在 ＤＭＦ 溶 液或乙醇胺溶液中去除（ 图 ２） 。
用水合肼脱除 Ｄｄｅ 时，若肽链中同时含有 Ａｌｌｏｃ 保护基团，Ａｌｌｏｃ 上的双键会被肼还原 加入一定量的烯丙基醇作 为清除剂能阻止双键的还原 〔９〕 图２ 用２％的水合肼／ ＤＭＦ 溶液脱除Ｄｄｅ 保护基团 由于在利用水合肼脱除 Ｄｄｅ 保护基团时，会 有部分的 Ｆｍｏｃ 基团脱落，Ｊ． Ｊ． Ｄｉａｚ Ｍｏｃｈｏｎ 等 〔１０〕 利用盐酸羟胺（咪唑，ＮＭＰ，ＤＣＭ）在 Ｆｍｏｃ 保护基 团存在的情况下定量脱除 Ｄｄｅ 保护基团（图３） 这种新的脱除方法在脱除 Ｄｄｅ 时不会对 Ｆｍｏｃ 保 护基团有任何影响 图３ 盐酸羟胺（咪唑，ＮＭＰ，ＤＣＭ）溶液脱除Ｄｄｅ 保护基团 １． ３ Ｄｄｅ 保护基团的不足之处 Ｄｄｅ 保护基团的不足之处主要有２ 点：首先，当用２０％的哌啶／ ＤＭＦ 脱除 Ｆｍｏｃ 时，在每次脱除 过程中会有少量的 Ｄｄｅ 保护基团脱落，所以在合 成长链肽时会严重影响肽的纯度，为了避免上述 副反应产生可以使用 ＤＢＵ／ ＤＭＦ （２ ∶ ９８） 作为 Ｆｍｏｃ 的脱除试剂；其次，有报道指出 Ｄｄｅ 保护基 团会发生分子内的从侧链或 α 氨基到赖氨酸上 ε 氨基的Ｎ → Ｎ’位移 〔１１〕 。
１． ４ Ｄｄｅ 保护的赖氨酸在肽合成中的应用 Ｇ． Ｂ． Ｂｌｏｏｍｂｅｒｇ 等 〔１２〕 用 Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ （ Ｄｄｅ） ＯＨ 和正交保护的Ｇｌｕ 成功地合成支链 环肽 具体方 法为 先 合 成 Ａｃ Ｃｙｓ （ ｔｒｔ ） Ｇｌｕ （ ＯＡｌｌ ） Ａｌａ Ｌｙｓ （Ｄｄｅ） Ｒｅｓｉｎ 后用１． ５％的水合肼／ ＤＭＦ 脱除 Ｄｄｅ 保护基团，然后赖氨酸上的ε 氨基与Ｆｍｏｃ ＧＧＥＫ ＴＲＮＱＭＧ ＣＯＯＨ 偶联，最后脱除Ｆｍｏｃ 保护基后的 α 氨基，用Ｐｄ（ＰＰｈ ３ ） ４ 脱除 Ｇｌｕ 上的 Ａｌｌｙｌ 保护基 后的 γ 羧基偶联，这样便得到环肽 ２ ｉｖＤｄｅ 保护的赖氨酸 由于ｉｖＤｄｅ 是通过改进 Ｄｄｅ 保护基团而得到 ４ ２ 重 庆 理 工 大 学 学 报 的，它的化学性质和Ｄｄｅ 比较相似 由于ｉｖＤｄｅ 的 空间位阻效应较大，使侧链 ｉｖＤｄｅ 保护基团在哌 啶／ ＤＭＦ 溶液中的稳定性比Ｄｄｅ 好，同时降低了其 侧链位移倾向 〔１３ 〕 。
２． １ Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ（ｉｖＤｄｅ） ＯＨ 的合成的 用ｉｖＤｄｅ 保护的赖氨酸和 Ｄｄｅ 保护的赖氨酸 的合成方法类似 Ｓｉｒｉ Ｒａｍ Ｃｈｈａｂｒａ 〔１４〕 、李文曲 〔１５〕 等报道用适当量的ＤＣＣ ＤＭＡＰ 活化的羧酸酰化双 甲酮与 Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ ＯＨ 在乙醇溶液中回流即得到 Ｄｄｅ 类保护的赖氨酸衍生物（图４） 图４ Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ（ｉｖＤｄｅ） ＯＨ 的合成 ２． ２ ｉｖＤｄｅ 保护基团的脱除 由于ｉｖＤｄｅ 和Ｄｄｅ 的化学性质比较相近，所以 它和Ｄｄｅ 的脱除条件也是一致的 脱除方法均为 ２％的肼／ ＤＭＦ 溶液 ２． ３ ｉｖＤｄｅ 保护基团的不足之处 当脱除ｉｖＤｄｅ 保护基团时，若同时含有烯丙基 类保护基，应在脱保护溶液中加入一定的烯丙醇 用来阻止烯丙基上双键被还原 ２． ４ ｉｖＤｄｅ 保护的赖氨酸在肽合成中的应用 Ｂｏｌｓｃｈｅ 等 〔１６〕 报道用Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ（ｉｖＤｄｅ） ＯＨ 将 牛乳铁蛋白肽 ＬＦａｍｐｉｎ２６５ ２８４ （ Ｎ ＤＬＩＷＫＬＬ ＳＫＡＱ ＥＫＦＧＫＮＫＳＲ Ｃ ） 和 ＬＦｃｉｎ１７ ３０ （ Ｎ ＦＫＣＲＲＷＱＷ ＲＭＫＫＬＧ Ｃ） 连接在一起，最后得到 嵌 合 肽 （ Ｎ ＦＫＣＲＲＷＱＷＲＭＫＫＬＧ Ｋ ＲＳＫＮＫＧ ＦＫＥＱＡＫＳＬＬ ＫＷＩＬＤ Ｎ ） 。
先 将 Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ （ｉｖＤｄｅ） ＯＨ 和 ＮｏｖａＳｙｎ ＴＧＲ 树脂偶联在一起， 脱除Ｆｍｏｃ 后，接着合成 ＬＦｃｉｎ１７ ３０，用 Ｂｏｃ 保护 ＬＦｃｉｎ１７ ３０ 末端Ｐｈｅ 上的 α 氨基 然后用水合肼 脱除赖氨酸上的 ＩｖＤｄｅ 基团后偶联 ＬＦａｍｐｉｎ２６５ ２８４ 这样赖氨酸上的 α 氨基和 ε 氨基分别连接 了一段多肽 这个嵌合肽具有有较强的抗菌活 性，对离子强度较不敏感 合成及研究 ＨＩＶ ｇｐ４１ 三聚体对研究开发新 型抗ＨＩＶ 融合酶抑制剂及ＨＩＶ 疫苗具有十分重要 的意义 Ｌｕ 等 〔１７〕 试图用全保护的５１ 肽 ｇｐ４１ 单 体直接与 Ｐｉｎｗｈｅｅｌ 三元酸缩合后支链脱保护，结 果发现其偶联产率极低， 支链脱保护产率小于 １％ 为此，作者采用 ＩｖＤｄｅ 保护３７ 及５１ 位赖氨 酸，单体支链脱保护纯化后与 Ｐｉｎｗｈｅｅｌ 三元酸氟 化物偶联， 然后脱除 ＩｖＤｄｅ， 成功地合成了 ＨＩＶ ｇｐ４１ 三聚体，产率可达２２％ ３ Ａｌｌｏｃ 保护的赖氨酸 １９５０ 年，Ａｌｌｏｃ（烯丙氧羰基）保护基被Ｓｔｅｖｅｎｓ 和Ｗａｔａｎａｂｅ 〔１８ 〕 首次用于保护胺和醇。
Ａｌｌｏｃ 保护 基的脱除可通过使用铂和钯催化剂催化氢解、液 氨金属钠，或使用碘化頮的冰醋酸溶液来完成 但用这些方法脱除Ａｌｌｏｃ 都过于复杂，这就限制了 它在有机合成中的应用 随着 Ｔｓｕｊｉ 和 Ｔｒｏｓｔ 开发 的钯催化的烯丙基脱除反应的出现，烯丙基保护 基的潜力才被人们所认识 由于它良好的正交性 和脱除条件较温和，现在Ａｌｌｏｃ 是使用频率较高的 正交保护基团之一 ３． １ Ｆｍｏｃ ｌｙｓ（Ａｌｌｏｃ） ＯＨ 的合成 由于赖氨酸上的 α 位氨基和羧基与铜易形成 络合物，许家喜等 〔１９〕 利用此反应先选择性地将 ε 位氨基与酰化试剂 Ａｌｌｏｃ Ｃｌ 反应得到 ε 位氨基被 Ａｌｌｏｃ 保护的铜络合物 因这种络合物在水中的 溶解性比较好，在加热条件下直接通入 Ｈ ２ Ｓ，可以 得到解离完全的产物 ε 氨基保护的赖氨酸经碱 （ＮａＯＨ 或Ｎａ ２ ＣＯ ３ ）将 α 位的氨基从其内盐解离出 来后，与Ｆｍｏｃ Ｃｌ 反应便可得到正交保护的 Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ（Ａｌｌｏｃ） ＯＨ（图５） 图５ Ｆｍｏｃ Ｌｙｓ（Ａｌｌｏｃ） ＯＨ 的合成 ５ ２ 姜 和，等：Ｆｍｏｃ 法肽合成中正交保护赖氨酸的研究进展 ３． ２ Ａｌｌｏｃ 保护基团的脱除 Ａｌｌｏｃ 保护基团的脱除为钯催化的烯丙基转 移到各种各样的亲核试剂（烯丙基清除剂）的过程 （图６） 〔２０〕 。
在此反应中通常选用Ｐｄ（ＰＰｈ ３ ） ４ 作为 催化剂 有的文献中选用ＰｄＣｌ ２ （ＰＰｈ ３ ） ２ 作为催化 剂，因为它的性能优于 Ｐｄ（ＰＰｈ ３ ） ４ ，其优越性主要 有２ 点 〔２７〕 ： ① 在空气中稳定； ② 与零价的 Ｐｄ （ＰＰｈ ３ ） ４ 不同，二价的 ＰｄＣｌ ２ （ＰＰｈ ３ ） ２ 在加入亲核 试剂进行消除反应前，不会催化脱羧使烯丙基氨 基甲酸酯重排为烯丙胺 Ａｌｌｏｃ 基团的脱除关键 就在于选择合适的亲核试剂 亲核试剂又分为可 逆型烯丙基清除剂（如吗啉）和不可逆型烯丙基清 除剂（如双甲酮和 ＮＤＭＢＡ） 它们的主要区别是 可逆型烯丙基清除剂一旦烯丙基化可回复到 π 烯 丙基复合物 如果烯丙基清除剂选择不当的话便 会形成烯丙胺副产物，而且可能以不同的方式形 成 主要有几点： １） 自由氨基与亲核试剂（烯丙基清除剂） 竞 争捕获 π 烯丙基钯络合物，因此，最好使用这样的 脱保护系统，能形成质子胺或伪装成非亲核形式 的胺或使用过量烯丙基清除剂（图６） ２） 烯丙基基团与清除剂形成的 也 可通过一个平衡过程形成烯丙胺（图７） 图６ 钯催化的烯丙基羧酸酯的脱除 图７ 使用质子可逆的烯丙基清楚剂时烯丙胺的形成机理 最后，Ａｌｌｏｃ 保护的胺衍生物在 Ｐｄ 催化剂和 未加任何亲核试剂的条件下经过脱羧重排形成烯 丙胺。
一般情况下仲胺的重排要比伯胺快 〔２１〕 Ｐａｌｏｍａ Ｇｏｍｅｚ Ｍａｒｔｉｎｅｚ 等以 Ｎ 甲基苄胺为例 使用各种不同烯丙基清除剂来脱除 Ａｌｌｏｃ，表１ 给 出了其结果 该研究的目的在于为多肽合成选择 确定最佳的清除剂 〔２２〕 这些研究结果表明２ 种胺 硼烷，ＮＨ ３ ·ＢＨ ３ 和 Ｍｅ ２ ＮＨ·ＢＨ ３ 被推荐为优良 的烯丙基清除剂，因为它们有快速的反应动力学 表１ Ｐｄ（ＰＰｈ ３ ） ４ 作为催化剂时各种烯丙基 清除剂的相对效率 Ａｌｌｙｌ Ｇｒｏｕｐ Ｓｃａｖｅｎｇｅｒ ％Ｙｉｅｌｄ Ｈ Ｎ（Ｍｅ）ＣＨ ２ Ｐｈ Ａｌｌ Ｎ（Ｍｅ）ＣＨ ２ Ｐｈ ＮＤＭＢＡ １００ ０ Ｔｈｉｏｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ １００ ０ ＰｈＳｉＨ ３ ９５ ５ Ｂｕ ４ ＮＢＨ ４ ６０ ４０ ＮＨ ３ ·ＢＨ ３ 。
