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固相多肽合成中氨基酸保护的研究进展_邱芊 固相多肽合成中氨基酸保护的研究进展 邱　芊　陈永森　朱颐申　韦　萍 (南京工业大学制药与生命科学学院,江苏南京210009) 摘要　介绍了多肽固相合成反应原料———保护氨基酸的制备、应用进展,详细讨论了氨基酸的α-氨基、α-羟基以及侧链活性基团的各种新型保护基团,概括了新型保护氨基酸的结构特点和应用条件,并对保护氨基酸今后的发展方向进行了展望 关键词　固相多肽合成氨基酸　保护 收稿日期:2022-03-07 作者简介:邱芊(1980～),女,硕士生,研究方向:多肽固相合成,E -mail :abby @ The Development of Amino Protecting Groups using in Solid -Phase Peptide Synthesis Qiu Qian Chan Yongsen Zhu Yishen Wei Ping (College of Life Science and Pharmaceutics ,Nanjing University of Technology ,jiangsu Nanjing 210009) A bstract The protecting grouping of a mino acids ,which are used in the solid -phase peptide synthesis was re -viewed .Ne w protecting groups of α-maino ,α-carboxyl and active groups of side chains were discussed in details .The structure characteristics and cleavage c onditions of ne w protected a mino acids were described .The future trend in protected a mino acids was further proposed . Key words solid -phase peptide synthesis amino acids pr otected 1962年,Merrifield 创立了固相多肽合成法[1],自此以保护氨基酸为原料的固相合成以其特有的优势引起了人们的注意。

在此后的几10年间,多肽同相合成不断完善,从小规模、短肽链合成发展到大规模、 长肽链的合成2022年上市的抗爱滋病药物T —20就是一个全合成的36个氨基酸残基组成的小肽药物上世纪90年代,组合化学与多肽合成技术相结合后,又出现了组合肽库的合成,对化学、生化、医药、分子生物学等领域起到了巨大的推动作用在发展过程,对保护氨基酸的要求也不断提高,使之不断改进 固相多肽合成中要求参与反应的原料氨基酸不参与形成肽键的活泼官能团受到保护,同时反应结束后,可以将这些活性基团的保护基切除 在选择氨基酸保护基团时,要充分考虑反应选择性的问题,即α-氨基保护基团和α-羧基保护基团 是暂时性保护基团,一个氨基酸结合到肽链上后,要能立刻脱除;而侧链保护基团是“永久性”保护基团,在肽的合成过程中不会受到反应物的影响,不发生反 应,当肽合成结束后再最后脱除所以侧链保护基团的稳定性要大于α-氨基保护基团和α-羧基保护基团 保护氨基酸的选择直接关系到合成产物的得率与纯度,反应中形成的副产物和消旋化为纯化带来很大的困难,因而开发新型的保护氨基酸是固相多肽合成的重要组成部分。

目前氨基酸保护主要分为3类:α-氨基保护、α-羧基保护以及侧链活性基团保护本文以这3个分类为基础,重点介绍了近年来保护氨基酸的一些新品种及其结构特点和应用条件 1α-氨基保护 — 56—第19卷第6期2022年6月 化工时刊Chemical Industry Times Vol .19,N o .6Jun .6.2022 氨基原则上可采用酰化、烷基化、烷基酰化等反应进行可逆屏蔽基于硫和磷衍生物的保护基团也有报道过去10年,发展了上百种不同的氨基保护基团,主要包括烷氧羰基型保护基团、酰基型保护基团和烷基型保护基团已报道的研究结果表明,不存在一种通用的理想氨基保护基团用于多肽固相合成1.1　烷氧羰基型(氨基甲酸酯型)保护基团 这类保护基团与氨基酸结合后的形式为 : 其中R =NH C R ′ H C O OH ;a :苄氧羰基(Z ); b :叔丁氧羰基(B o c );c :9-芴氧羰基(Fmoc ); d :2-(4-硝基苯磺酰基)乙氧羰基(Nsc ); e :1,1-二氧苯基(邻)2-噻吩甲氧羰基(Bsmoc ); f :2-(甲磺酰基)-3-苯基-2-丙烯氧羰基(Mspoc ); g :2-(叔丁磺酰基)-2-丙烯氧羰基(Bspoc ): h :环戊烷氧羰基(Poc ) Z 、Boc 、Fmoc 是最常见的3种氨基保护基团。

Z 是一种使用时间很长的氨基保护基,至今仍有广泛应用其优点是制备容易:得到的Z -氨基酸易结晶并且稳定;活化时不易消旋;可以在H 2/Pd 、HBr /AcOH 、Na /液氨等条件下脱去该保护基团 [2] B oc 可用于大 部分多肽合成的偶联过程,可以在酸解条件下除去,同时可避免受到催化氢化、碱水解和钠/液氨还原的影响Boc 通常在无水TFA 、0℃反应条件脱除 [2] Fmoc 是氨基甲酸酯型氨基酸保护基团中,唯一广泛 应用的可以在弱碱条件下解离的基团,Fmoc 脱保护可使用稀哌啶溶液或二乙胺DMF 溶液,在室温下完成 [3] 随着对氨基保护认识的不断深入,在上述3种保 护基团的基础上进行官能团修饰,得到了一些选择性或稳定性更好的氨基保护基团 Nsc 被认为是一种比Fmoc 更好的保护基团Nsc 在碱性条件下更加稳定,对弱碱性溶剂更不敏感Nsc 比Fmoc 亲水性更强,形成天冬酰胺的可能性进一步减小[4]与Fmoc 一致的是,Nsc 在脱保护反应中形成石蜡,最终与哌啶加合反应但在Fmoc 反应中,二苯基富烯哌啶加合物的形成是可逆的,而Nsc 反应形成的加合物是不可逆的,这样可减少发生副反应的几率[5] 。

Nsc 可在室温下用哌啶、2-氨基乙醇、吗啉、液氨等脱除 Carpino 等人发展了一系列新型碱不稳定氨基保护基团Bsmoc 、Mspoc 和Bspoct [6～8]这类基团解离需要加入亲核试剂(如仲胺),伴随释放氨基甲酸酯Bsmoc 对酸和叔胺稳定,但当仲胺存在时很容易发生解离反应由于脱保护过程同时也是消除反应,所以很少发生副反应 Poc 是一种不同于Boc 和Fmoc 的氨基保护基团,它既对酸稳定,同时对碱也稳定,Surajit 等人发现 25℃与三氟乙酸反应1h ,Poc 基团仍然很稳定,而叔丁基等侧链保护基团则能够完全脱除,利用这一特点 可以选择性的脱除侧链保护基[9]Poc 基团可在超声波搅动下,用四硫钼酸盐脱去,还可用HBr /AcOH 或Na /液氨脱除1.2　 酰基型保护基团 这类保护基团主要有羧酰基型和苯磺酰基型两类,与氨基酸结合后形式如下: R =NH C R ′ HC O OH a :三氟乙酰基(Tfa ); b :对甲苯磺酰基(Tos ); c :邻位硝基苯磺酰基(oNbs ) — 57—邱芊等　固相多肽合成中氨基酸保护的研究进展 2022.Vol .19,No .6　化工时刊 Tfa 最早由Weygand 在1952年引入多肽合成[2],其脱除条件相对温和,用哌啶或氢氧化钠处理可容易地脱去。

但活化时容易消旋,并且在碱水解时容易断链,所以被广泛应用 Tos 也是早期使用的保护基团[3],稳定性非常好,只能用Na /液氨处理脱去,不受酸碱作用或催化氢解作用影响但由于Na /液氨处理操作麻烦,并且会导致某些肽键的断裂,因此目前较少使用 在Tos 的苯环上引入邻位硝基,得到oNbs 后,情况就得到很大的改善[10]磺胺保护基团允许氨基酸的N -酰化,而没有吡酮作用机理产生的消旋化并且此保护基团用苯硫酚或烷烃硫醇处理就可除去,克服了Tfa 和Tos 不易脱除的缺点1.3　烷基型保护基团 R =NH C ′ HC O OH a :三苯甲基(Trt ); b :N -1-(4,4-二甲基-2,6-二氧环亚己基)乙基(Dde ); c :N -1-(4-硝基-1, 3-二氧茚满-2-烯)乙基(Nde ) Trt 是很常用的烷基型保护基团[2],脱除的条件温和,可以用无水HCI /MeOH 、TFA 或HBr /AcOH 脱去由于Trt 有很大的立体空间位阻,一般很难导入与氨基结合,并且侧链上的Trt 比主链上的Trt 稳定,因此Trt 的应用多用于侧链氨基酸的保护,而对α-氨基的保护应用较少。

Dde 和Nde 是新型的烷基型氨基保护基团Dde 对TFA 和哌啶很稳定,要用2%(v /v )的肼/DMF 脱去,因此选择合适的脱保护条件,就可以保留主链上的氨基保护,而脱去侧链上的氨基保护基团,进而合成支链肽 Barrie Kella m 等人研究了Dde 的特点,在此基础上,得到的Nde 显示了良好的酸、二级/三级碱稳定性[11]与Dde 类似,Nde 的结构不能形成唑酮,有效的降低了消旋化,可用2%(v /v )的肼/DMF 脱保护除去其中茚满基团的加入可以既增强亲核进攻,又可以提高UV 吸收值,利于检测 2α-羧基保护 多肽固相合成—般不需要进行α-羧基的保护,只有在极少数条件下,有必要保护α-羧基如合成谷胱甘肽,要求谷氨酸的γ-羧基进行反应,而α-羧基则需要保护目前羟基保护基团大致分为两类:酯 基、酰肼2.1酯基 采用酯基保护羟基是最常用的方法,主要有以下几种类型: a :甲酯(Me ); b :乙酯(Et ); c :叔丁酯(tBu ); d :苄 酯(Bzl );e :2,4-二甲基氧苯甲基酯(2,4-Dmb ) 其中Me 、Et 和Bzl 制备方法简单,可以用碱皂化脱去。

tBu 是目前最常用的羧基保护基团之一tBu 相对于Me 和Et 更稳定,不易被碱皂化脱,但能用HCI 、HBr /Ac OH 、TFA 、HF 等酸解脱去酸敏性酯2,4-Dmb 用1%TFA /CH 2Cl 2处理即可脱除,而不会引起其它侧链保护脱除,这种选择性可以在一些特殊情况下使用,如侧链羟基与。