烯丙酮介導的肽鍵的形成及其在肽合成中的應用

烯丙酮介導的肽鍵的形成及其在肽合成中的應用 2022/02/25 18:33

烯丙酮新型縮合劑研究背景

多肽在藥物探索、生物醫學研究、材料科學以及其他精細化學中都有著舉足輕重的地位，多肽的合成一直是研究人員關注的焦點。

Sheehan在1955年報告的二環己基碳二亞胺(DCC)是第一個也是應用最廣泛的酰胺鍵縮合劑(Scheme1,eq1)¹。接著一種用碳碳雙鍵取代亞胺的二苯基烯酮胺縮合劑(Scheme1,eq2)²被開發出來。然而在肽合成中以往的縮合劑經常會發生分子內消旋³。為了抑制消旋，1-羥基苯并三唑(HOBt)、1-羥基-7-氮雜苯并三唑(HOAt)等其他消旋抑制劑被相繼研制出來，可以將高活性的羧酸原位轉移到活性較低的酯中⁴。后來趙軍鋒團隊研究發現炔酰胺也可用作肽偶聯試劑(Scheme1,eq3)⁵。前期的縮合試劑有一個共同特征，都帶有碳二亞胺、烯酮亞胺和1,3-偶極共振結構，這使得它們通過羧基與含有親電性的sp雜化碳原子的相鄰雙鍵加成反應來活化羧酸⁶。經過更深入的研究，趙軍鋒團隊發現烯丙酮類化合物是很有前景的縮合劑 ⁷，它們在與α-羰基乙烯基酯中間體形成酰胺或肽鍵時，是通過前所未有的羧酸和烯丙酮自發1,4-加成或異構化反應得到高活性的活性酯(Scheme1,eq4)。

圖片來源：J.Am. Chem. Soc. 2021, 143, 10374?10381

在大量的研究表明，烯丙酮是一種非常高效的多肽縮合劑。它在肽的合成中的作用機制是首先生成關鍵中間體α-羰基乙烯基酯，隨后以無外消旋化/差向異構化的方式氨解。烯丙酮縮合劑不僅對簡單的酰胺和二肽的合成有效，且在固體載體上成功合成難度較大的模型肽ACP(65-74) 表明該方法與SPPS兼容。該方法結合了傳統活性酯和縮合劑的優點，同時又完美的克服了兩者的缺點。因此，烯丙酮介導的肽鍵形成方法代表著肽合成領域的顛覆性創新。

烯丙酮介導的酰胺鍵(AMABF)形成的發現

研究人員發現苯甲酸與丙烯酮在溫和的條件下，在沒有任何添加劑或催化劑的情況下自發進行1,4加成/異構化級聯反應，順利地反應得到α-羰基乙烯基酯(scheme2,eq1)，可以定量的獲得目標酰胺(scheme2,eq2)。對反應條件的進一步研究表明，溶劑在這兩步反應中起著至關重要的作用。一般情況下，非極性溶劑有利于活化，極性非質子溶劑有利于氨解。

圖片來源：J.Am. Chem. Soc. 2021, 143, 10374?10381

各種不同的羧酸和胺的縮合反應，進一步驗證了烯丙酮介導的酰胺鍵形成的高效性，以及親電羧基和親核胺基底物普適性(Scheme3)。

圖片來源：J.Am. Chem. Soc. 2021, 143, 10374?10381

烯丙酮介導的肽片段縮合

通過對活化肽酸片段的縮合研究，進一步證明了烯丙酮縮合劑的穩定性，這種肽酸比保護的氨基酸更容易外消旋。如Scheme5所示，二肽、三肽和四肽酸都高度易差向異構化，當用烯丙酮介導的肽片段縮合的底物時，雖然活化時間隨著肽鏈的增加而延長，但胺解反應快，產率較高(14a-k)，而且沒有發現差向異構。

AMABF在固相肽合成中的應用

隨著縮合劑的發展，在多肽合成中人們已經很少使用活性酯。主要由于活性酯的適度反應性，導致縮合時間從數小時到數天不等，且活性酯的預制備繁瑣，嚴重影響它們在SPPS中的應用。α-羰基乙烯酯可以在不需要任何其他試劑的情況下很容易地從烯丙酮和氨基酸以克量級制備。更重要的是，它們能以無外消旋化的方式迅速進行氨解形成肽鍵。

H-Val-Gln-Ala-AlaIle-Asp-Tyr-Ile-Asn-Gly-OH是酰基載體蛋白(ACP)的一個肽片段（65?74）。ACP(65?74)經常被用作測試新型SPPS效率的模型難肽，因為它不僅在空間上有較大位阻的氨基酸殘基，而且很容易發生鏈間聚合和內部二級結構的改變，經研究表明，烯丙酮的方法只需要2當量的α-羰基乙烯酯就可以達到非常好的偶聯效率，反應速度快，轉化率高。從樹脂上裂解后可獲得純度高達98%的ACP(65-74)(Figure1)。而在氨基酸用量相同的情況下，以PyBOP、HBTU或五氟苯基酯作為偶聯試劑或活性酯，分別得到純度為86%、77%或60%的ACP(65?74)。這一結果清楚地說明了來自烯酮的α-羰基乙烯酯是非常適用于SPPS的活性酯，因為它可以防止傳統偶聯試劑過度激活引起的外消旋或異構化等副反應。

總結

綜上所述，趙軍鋒團隊首次開發出了非常新穎的烯丙酮介導的肽鍵形成方法。羧酸被烯丙酮以前所未有的1,4-加成反應活化后進行C-C雙鍵異構化，以優異的產率得到α-羰基乙烯酯。在沒有任何添加劑或催化劑的情況下，隨后的氨解都會自發進行。這種合成方法不僅適用于簡單的酰胺和二肽，而且適用于肽片段縮合和SPPS，為肽縮合劑的開發開辟了一條新途徑。

參考文獻：

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(4)(a)etoacids. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 1248?1252.(b) El-Faham, A.; Albericio, F. Chem. Rev. 2011, 111, 6557?6602.

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(6)(a) Arens, J. The chemistry of acetylenic ethers XIII: Recl. Trav.Chim. Pays-Bas 1955, 74, 769?770. (b) Krause, T.; Baader, S.; Erb, B.; Gooszen, L. J. Nat. Commun.2016, 7, 11732. (c) Xu, X.; Feng, H.; Huang, L.; Liu, X. J. Org.Chem. 2018, 83, 7962?7969.

(7)Zhengning Wang, Xuewei Wang, Penghui Wang, and Junfeng Zhao. J. Am.Chem. Soc. 2021, 143, 10374?10381.

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