江蘇吉泰肽業(yè)科技有限公司
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1963年,R.B.Merrifield[1]創(chuàng)立了將氨基酸的C末端固定在不溶性樹(shù)脂上,然后在此樹(shù)脂上依次縮合氨基酸,延長(zhǎng)肽鏈、合成蛋白質(zhì)的固相合成法,在固相法中,每步反應(yīng)后只需簡(jiǎn)單地洗滌樹(shù)脂,便可達(dá)到純化目的.克服了經(jīng)典液相合成法中的每一步產(chǎn)物都需純化的困難,為自動(dòng)化合成肽奠定了基礎(chǔ).為此,Merrifield獲得1984年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).
今天,固相法得到了很大發(fā)展.除了Merrifield所建立的Boc法(Boc:叔丁氧羰基)之外,又發(fā)展了Fmoc固相法(Fmoc:9-芴甲氧羰基).以這兩種方法為基礎(chǔ)的各種肽自動(dòng)合成儀也相繼出現(xiàn)和發(fā)展,并仍在不斷得到改造和完善.
Merrifield所建立的Boc合成法[2]是采用TFA(三氟乙酸)可脫除的Boc為α-氨基保護(hù)基,側(cè)鏈保護(hù)采用芐醇類.合成時(shí)將一個(gè)Boc-氨基酸衍生物共價(jià)交聯(lián)到樹(shù)脂上,用TFA脫除Boc,用三乙胺中和游離的氨基末端,然后通過(guò)Dcc活化、耦聯(lián)下一個(gè)氨基酸,最終脫保護(hù)多采用HF法或TFMSA(三氟甲磺酸)法.用Boc法已成功地合成了許多生物大分子,如活性酶、生長(zhǎng)因子、人工蛋白等.
多肽是涉及生物體內(nèi)各種細(xì)胞功能的生物活性物質(zhì)。它是分子結(jié)構(gòu)介于氨基酸和蛋白質(zhì)之間的一類化合物,由多種氨基酸按照一定的排列順序通過(guò)肽鍵結(jié)合而成。到現(xiàn)在,人們已發(fā)現(xiàn)和分離出一百多種存在于人體的肽,對(duì)于多肽的研究和利用,出現(xiàn)了一個(gè)空前的繁榮景象。多肽的全合成不僅具有很重要的理論意義,而且具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)多肽全合成可以驗(yàn)證一個(gè)新的多肽的結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)新的多肽,用于研究結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系;為多肽生物合成反應(yīng)機(jī)制提供重要信息;建立模型酶以及合成新的多肽藥物等。
多肽的化學(xué)合成技術(shù)無(wú)論是液相法還是固相法都已成熟。近幾十年來(lái),固相法合成多肽更以其省時(shí)、省力、省料、便于計(jì)算機(jī)控制、便于普及推廣的突出優(yōu)勢(shì)而成為肽合成的常規(guī)方法并擴(kuò)展到核苷酸合成等其它有機(jī)物領(lǐng)域。本文概述了固相合成的基本原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程,對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)行分析并展望了今后的發(fā)展趨勢(shì)。
從1963年Merrifield發(fā)展成功了固相多肽合成方法以來(lái),經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)和完善,到今天固相法已成為多肽和蛋白質(zhì)合成中的一個(gè)常用技術(shù),表現(xiàn)出了經(jīng)典液相合成法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。其基本原理是:先將所要合成肽鏈的羥末端氨基酸的羥基以共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)同一個(gè)不溶性的高分子樹(shù)脂相連,然后以此結(jié)合在固相載體上的氨基酸作為氨基組份經(jīng)過(guò)脫去氨基保護(hù)基并同過(guò)量的活化羧基組分反應(yīng),接長(zhǎng)肽鏈。重復(fù)(縮合→洗滌→去保護(hù)→中和及洗滌→下一輪縮合)操作,達(dá)到所要合成的肽鏈長(zhǎng)度,最后將肽鏈從樹(shù)脂上裂解下來(lái),經(jīng)過(guò)純化等處理,即得所要的多肽。其中α-氨基用BOC(叔丁氧羰基)保護(hù)的稱為BOC固相合成法,α-氨基用FMOC(9-芴甲氧羰基)保護(hù)的稱為FMOC固相合成法,
2.固相合成的基本原理
多肽合成是一個(gè)重復(fù)添加氨基酸的過(guò)程,固相合成順序一般從C端(羧基端)向N端(氨基端)合成。過(guò)去的多肽合成是在溶液中進(jìn)行的稱為液相合成法?,F(xiàn)在多采用固相合成法,從而大大的減輕了每步產(chǎn)品提純的難度。為了防止副反應(yīng)的發(fā)生,參加反應(yīng)的氨基酸的側(cè)鏈都是保護(hù)的。羧基端是游離的,并且在反應(yīng)之前必須活化?;瘜W(xué)合成方法有兩種,即Fmoc和tBoc。由于Fmoc比tBoc存在很多優(yōu)勢(shì),現(xiàn)在大多采用Fmoc法合成,如圖:
具體合成由下列幾個(gè)循環(huán)組成:
一、去保護(hù):Fmoc保護(hù)的柱子和單體必須用一種堿性溶劑(piperidine)去除氨基的保護(hù)基團(tuán)。
二、激活和交聯(lián):下一個(gè)氨基酸的羧基被一種活化劑所活化?;罨膯误w與游離的氨基反應(yīng)交聯(lián),形成肽鍵。在此步驟使用大量的超濃度試劑驅(qū)使反應(yīng)完成。循環(huán):這兩步反應(yīng)反復(fù)循環(huán)直到合成完成。
三、洗脫和脫保護(hù):多肽從柱上洗脫下來(lái),其保護(hù)基團(tuán)被一種脫保護(hù)劑(TFA)洗脫和脫保護(hù)。
2.1 樹(shù)脂的選擇及氨基酸的固定
將固相合成與其他技術(shù)分開(kāi)來(lái)的最主要的特征是固相載體,能用于多肽合成的固相載體必須滿足如下要求:必須包含反應(yīng)位點(diǎn)(或反應(yīng)基團(tuán)),以使肽鏈連在這些位點(diǎn)上,并在以后除去;必須對(duì)合成過(guò)程中的物理和化學(xué)條件穩(wěn)定;載體必須允許在不斷增長(zhǎng)的肽鏈和試劑之間快速的、不受阻礙的接觸;另外,載體必須允許提供足夠的連接點(diǎn),以使每單位體積的載體給出有用產(chǎn)量的肽,并且必須盡量減少被載體束縛的肽鏈之間的相互作用。用于固相法合成多肽的高分子載體主要有三類:聚苯乙烯-苯二乙烯交聯(lián)樹(shù)脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯-乙二醇類樹(shù)脂及衍生物,這些樹(shù)脂只有導(dǎo)入反應(yīng)基團(tuán),才能直接連上(第一個(gè))氨基酸。根據(jù)所導(dǎo)入反應(yīng)基團(tuán)的不同,又把這些樹(shù)脂及樹(shù)脂衍生物分為氯甲基樹(shù)脂、羧基樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂或酰肼型樹(shù)脂。BOC合成法通常選擇氯甲基樹(shù)脂,如Merrifield樹(shù)脂;FMOC合成法通常選擇羧基樹(shù)脂如王氏樹(shù)脂。氨基酸的固定主要是通過(guò)保護(hù)氨基酸的羧基同樹(shù)脂的反應(yīng)基團(tuán)之間形成的共價(jià)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)的,形成共價(jià)鍵的方法有多種:氯甲基樹(shù)脂,通常先制得保護(hù)氨基酸的四甲銨鹽或鈉鹽、鉀鹽、銫鹽,然后在適當(dāng)溫度下,直接同樹(shù)脂反應(yīng)或在合適的有機(jī)溶劑如二氧六環(huán)、DMF或DMSO中反應(yīng);羧基樹(shù)脂,則通常加入適當(dāng)?shù)目s合劑如DCC或羧基二咪唑,使被保護(hù)氨基酸與樹(shù)脂形成共酯以完成氨基酸的固定;氨基樹(shù)脂或酰肼型樹(shù)脂,卻是加入適當(dāng)?shù)目s合劑如DCC后,通過(guò)保護(hù)氨基酸與樹(shù)脂之間形成的酰胺鍵來(lái)完成氨基酸的固定。
氨基、羧基、側(cè)鏈的保護(hù)及脫除
要成功合成具有特定的氨基酸順序的多肽,需要對(duì)暫不參與形成酰胺鍵的氨基和羧基加以保護(hù),同時(shí)對(duì)氨基酸側(cè)鏈上的活性基因也要保護(hù),反應(yīng)完成后再將保護(hù)基因除去。同液相合成一樣,固相合成中多采用烷氧羰基類型作為α氨基的保護(hù)基,因?yàn)檫@樣不易發(fā)生消旋。最早是用芐氧羰基,由于它需要較強(qiáng)的酸解條件才能脫除,所以后來(lái)改為叔丁氧羰基(BOC)保護(hù),用TFA(三氟乙酸)脫保護(hù),但不適用含有色氨酸等對(duì)酸不穩(wěn)定的肽類的合成。1978年,chang Meienlofer和Atherton等人采用Carpino報(bào)道的Fmoc(9-芴甲氧羰基)作為α氨基保護(hù)基,F(xiàn)moc基對(duì)酸很穩(wěn)定,但能用哌啶-CH2CL2或哌啶-DMF脫去,近年來(lái),F(xiàn)moc合成法得到了廣泛的應(yīng)用。羧基通常用形成酯基的方法進(jìn)行保護(hù)。甲酯和乙酯是逐步合成中保護(hù)羧基的常用方法,可通過(guò)皂化除去或轉(zhuǎn)變?yōu)殡乱员阌糜谄瑪嘟M合;叔丁酯在酸性條件下除去;芐酯常用催化氫化除去。對(duì)于合成含有半胱氨酸、組氨酸、精氨酸等帶側(cè)鏈功能基的氨基酸的肽來(lái)說(shuō),為了避免由于側(cè)鏈功能團(tuán)所帶來(lái)的副反應(yīng),一般也需要用適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)基將側(cè)鏈基團(tuán)暫時(shí)保護(hù)起來(lái)。保護(hù)基的選擇既要保證側(cè)鏈基團(tuán)不參與形成酰胺的反應(yīng),又要保證在肽合成過(guò)程中不受破壞,同時(shí)又要保證在最后肽鏈裂解時(shí)能被除去。如用三苯甲基保護(hù)半胱氨酸的S-,用酸或銀鹽、汞鹽除去;組氨酸的咪唑環(huán)用2,2,2-三氟-1-芐氧羰基和2,2,2-三氟-1-叔丁氧羰基乙基保護(hù),可通過(guò)催化氫化或冷的三氟乙酸脫去。精氨酸用金剛烷氧羰基(Adoc)保護(hù),用冷的三氟乙酸脫去。
固相中的接肽反應(yīng)原理與液相中的基本一致,將兩個(gè)相應(yīng)的氨基被保護(hù)的及羧基被保護(hù)的氨基酸放在溶液內(nèi)并不形成肽鍵,要形成酰胺鍵,經(jīng)常用的手段是將羧基活化,變成混合酸酐、活潑酯、酰氯或用強(qiáng)的失去劑(如碳二亞氨)形成對(duì)稱酸酐等方法來(lái)形成酰胺鍵。其中選用DCC、HOBT或HOBT/DCC的對(duì)稱酸酐法、活化酯法接肽應(yīng)用最廣。
裂解及合成肽鏈的純化BOC法用TFA+HF裂解和脫側(cè)鏈保護(hù)基,F(xiàn)MOC法直接用TFA,有時(shí)根據(jù)條件不同,其它堿、光解、氟離子和氫解等脫保護(hù)方法也被采用。合成肽鏈進(jìn)一步的精制、分離與純化通常采用高效液相色譜、親和層析、毛細(xì)管電泳等。
4.固相合成的特點(diǎn)及存在的主要問(wèn)題
固相合成法對(duì)于肽合成的顯著的優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)化并加速了多步驟的合成;因反應(yīng)在一簡(jiǎn)單反應(yīng)器皿中便可進(jìn)行,可避免因手工操作和物料重復(fù)轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的損失;固相載體共價(jià)相聯(lián)的肽鏈處于適宜的物理狀態(tài),可通過(guò)快速的抽濾、洗滌未完成中間的純化,避免了液相肽合成中冗長(zhǎng)的重結(jié)晶或分柱步驟,可避免中間體分離純化時(shí)大量的損失;使用過(guò)量反應(yīng)物,迫使個(gè)別反應(yīng)完全,以便最終產(chǎn)物得到高產(chǎn)率;增加溶劑化,減少中間的產(chǎn)物聚焦;固相載體上肽鏈和輕度交聯(lián)的聚合鏈緊密相混,彼此產(chǎn)生一種相互的溶劑效應(yīng),這對(duì)肽自聚集熱力學(xué)不利而對(duì)反應(yīng)適宜。固相合成的主要存在問(wèn)題是固相載體上中間體雜肽無(wú)法分離,這樣造成最終產(chǎn)物的純度不如液相合成物,必需通過(guò)可靠的分離手段純化。
5.固相合成的研究發(fā)展前景
固相多肽合成已經(jīng)有40年的歷史了,然而到現(xiàn)在,人們還只能合成一些較短的肽鏈,更談不上隨心所欲地合成蛋白質(zhì)了,同時(shí)合成中的試劑毒性,昂貴費(fèi)用,副產(chǎn)物等一直都是令人頭痛的問(wèn)題,而在生物體內(nèi),核糖體上合成肽鏈的速度和產(chǎn)率都是驚人的,那么,是否能從生物體合成蛋白質(zhì)的原理上得到一些啟發(fā),應(yīng)用在固相多肽合成(樹(shù)脂)上,這是一個(gè)令人感興趣的問(wèn)題,也許是今后多肽合成的發(fā)展。
在Boc合成法中,反復(fù)地用酸來(lái)脫保護(hù),這種處理帶來(lái)了一些問(wèn)題:如在肽與樹(shù)脂的接頭處,當(dāng)每次用50%TFA脫Boc基時(shí),有約1.4%的肽從樹(shù)脂上脫落,合成的肽越大,這樣的丟失越嚴(yán)重;此外,酸催化會(huì)引起側(cè)鏈的一些副反應(yīng).Boc合成法尤其不適于合成含有色氨酸等對(duì)酸不穩(wěn)定的肽類.1978年,Chang、Meienlofer和Atherton等人采用Carpino[3]報(bào)道的Fmoc(9-芴甲氧羰基)基團(tuán)作為α-氨基保護(hù)基,成功地進(jìn)行了多肽的Fmoc固相合成.Fmoc法與Boc法的根本區(qū)別在于采用了堿可脫除的Fmoc為α-氨基的保護(hù)基.側(cè)鏈的保護(hù)采用TFA可脫除的叔丁氧基等,樹(shù)脂采用90%TFA可切除的對(duì)烷氧芐醇型樹(shù)脂和1%TFA可切除的二烷氧芐醇型樹(shù)脂,最終的脫保護(hù)避免了強(qiáng)酸處理.
6. HPLC分析和純化
分析HPLC使用柱子和泵系統(tǒng),可以經(jīng)受傳遞高壓,這樣可以用極細(xì)的微粒(3-10μ m)做填料。由此多肽要在幾分鐘內(nèi)高度被分析。
HPLC分兩類:離子交換和反相。 離子交換HPLC依靠多肽和固相間的直接電荷相互作用。柱子在一定PH范圍帶有特定電荷衍變成一種離子體,而多肽或多肽混合物,由其氨基酸組成表現(xiàn)出相反電荷。分離是一種電荷相互作用,通過(guò)可變PH, 離子強(qiáng)度, 或兩者洗脫出多肽,通常,先用低離子強(qiáng)度的溶液,以后逐漸加強(qiáng)或一步一步加強(qiáng),直到多肽火柱中洗脫出。離子交換分離的一個(gè)例子使用強(qiáng)陽(yáng)離子交換柱。如sulfoethylaspartimide通過(guò)酸性PH中帶正電來(lái)分離。
反相HPLC條件與正常層析正相反。多肽通過(guò)疏水作用連到柱上,用降低離子強(qiáng)度洗脫,如增加洗脫劑的疏水性。通常柱子由共價(jià)吸附到硅上的碳?xì)渫殒湗?gòu)成,這種鏈長(zhǎng)度為G4-G8碳原子。由于洗脫是一種疏水作用。大的疏水肽用短鏈柱洗脫好。 然而,總體實(shí)踐中, 這兩類柱互變無(wú)多少顯著差別,別類載體由碳水化合物構(gòu)成, 比如苯基。
典型的操作常由兩綬沖劑組成,0.1%TFA-H2o和80% acetonitrile 0.1%TFA--H2o稀acetonitrile。用線型梯變以每分鐘0.5%到1.0%改變的速度混合。常見(jiàn)分析和純化用柱為4.6×250mm(3-10μ m)和22×250mm(10μ m). 如果用徑向填柱,那么大小是8×100(3-10μ m)和25×250mm(10μ m)
大量各種緩沖劑含許多不同試劑,比如heptafluorobutyric酸,0.1%磷酸,稀He formic酸(5-6%, pH2-4), 10-100mM NH4HCO3, 醋酸鈉/氨,TFA/TEA,磷酸鈉或鉀,異戊酚。這樣許多不同組合可形成緩沖劑,但要注意一點(diǎn):硅反相柱料不能長(zhǎng)時(shí)間暴露于高pH,甚至微堿pH,因?yàn)檫@樣會(huì)破壞柱子。
7. Fmoc―氨基酸的制備和側(cè)鏈保護(hù)
Fmoc基團(tuán)是在有NaHCO3或Na2CO3存在的二氧六環(huán)溶液中,通過(guò)以下反應(yīng)引入到氨基酸中的:
理想的Fmoc-氨基酸的側(cè)鏈保護(hù)基應(yīng)在堿性條件下穩(wěn)定,在酸性條件下脫除.下面對(duì)其做一介紹.
7.1 Asp和Glu
Asp和Glu側(cè)鏈羧基常用t-Bu保護(hù).可用TFA、TMSBr等脫除.但是用t-Bu保護(hù)仍有側(cè)鏈環(huán)化形成酰亞胺的副反應(yīng)發(fā)生.近年來(lái),發(fā)展了一些新的保護(hù)基如環(huán)烷醇酯、金剛烷醇酯等可減輕這一副反應(yīng),這些保護(hù)基可用TMSOTf(三氟甲磺酸三甲硅烷酯)除去.
7.2 Ser、Thr和Tyr
ser、Thr的羥基及Tyr的酚羥基通常用t-Bu保護(hù).叔丁基的引入比較麻煩,首先ser制成芐氧羰基酯,再在酸催化下與異丁烯反應(yīng).Ser和Thr還可用芐基保護(hù),Ser用芐醇引入芐基、Thr用溴芐引入芐基.
7.3 Asn和Gln
Asn和Gln側(cè)鏈的酰胺鍵在肽合成中一般不加以保護(hù).但合成大肽時(shí),Asn和Gln的α-羧基活化時(shí)可能會(huì)發(fā)生分子內(nèi)脫氫反應(yīng)生成氰基化合物.堿性時(shí)Gln的側(cè)鏈可以環(huán)化生成酰胺.而且不保護(hù)的Fmoc-Gln和Fmoc-Asn在DCM中溶解度很差.為了避免這些問(wèn)題,可以用9-咕噸基,2,4,6-三甲氧芐基,4,4′―二甲氧二苯甲基或三苯甲基等保護(hù),這四種基因均可用TFA脫除.
7.4 His
His是最容易發(fā)生消旋化的氨基酸,必須加以保護(hù).
對(duì)咪唑環(huán)的非π-N開(kāi)始用芐基(Bzl)和甲基磺?;?TOS)保護(hù).但這兩種保護(hù)基均不太理想.TOS對(duì)親核試劑不穩(wěn)定,Bzl需要用氫解或Na/NHs除去,并且產(chǎn)生很大程度消旋.Boc基團(tuán)是一個(gè)較理想的保護(hù)基,降低了咪唑環(huán)的堿性,抑制了消旋,成功地進(jìn)行了一些合成.但是當(dāng)反復(fù)地用堿處理時(shí),也表現(xiàn)出一定的不穩(wěn)定性.哌啶羰基在堿中穩(wěn)定,但是沒(méi)能很好地抑制消旋,而且脫保護(hù)時(shí)要用很強(qiáng)的親核試劉如.
對(duì)咪唑環(huán)π-N保護(hù),可以完全抑制消旋,π-N可以用芐氧甲基(Bom)和叔丁氧甲基(Bum)保護(hù),(Bum)可以用TFA脫除,Bom更穩(wěn)定些,需用催化氫解或強(qiáng)酸脫保護(hù),Bum是目前很有發(fā)展前途的His側(cè)鏈保護(hù)基,其不足之處在于Fmoc(His)Bum在DCM和DMF中的溶解度較差.
7.5 Cys
Cys的-SH具有強(qiáng)親核性,易被?;闪蛎眩惨妆谎趸癁槎蜴I,必須加以保護(hù).常用保護(hù)基有三類:一類用TFA可脫除,如對(duì)甲芐基、對(duì)甲氧芐基和三苯甲基等;第二類可用(CF3CO)3T1/TFA脫除,對(duì)TFA穩(wěn)定.如t-Bu、Bom和乙酰胺甲基等.第三類對(duì)弱酸穩(wěn)定,如芐基和叔丁硫基(stBu)等,Cys(StBu)可用巰基試劑和磷試劑還原,Cys(Bzl)可用Na/NH3(1)脫保護(hù).
7.6 Arg
Arg的胍基具有強(qiáng)親核性和堿性,必須加以保護(hù).理想的情況是三個(gè)氮都加以保護(hù),實(shí)際上保護(hù)1或2個(gè)胍基氮原子.保護(hù)基分四類:(1)硝基(2)烷氧羰基(3)磺?;?4)三苯甲基.
硝基在制備、?;呀庵挟a(chǎn)生很多副反應(yīng),應(yīng)用不廣.烷氧羰基應(yīng)主要有Boc和二金剛烷氧羰基(Adoc)2、Fmoc(Arg)Boc的耦聯(lián)反效率不高,哌啶理時(shí)不處穩(wěn)定,會(huì)發(fā)生副反應(yīng);Adoc保護(hù)了兩個(gè)非π-N,但有同樣的副反應(yīng)發(fā)生.對(duì)磺?;Wo(hù),其中TOS應(yīng)用最廣,但它較難脫除.近年來(lái)2,3,6-三甲基-4-甲氧苯橫酰基(Mtr)較受歡迎,在TFA作用下,30分鐘即可脫除,但是它們都不能完全抑制側(cè)鏈的?;l(fā)生.三苯甲基保護(hù)基可用TFA脫除.缺點(diǎn)是反應(yīng)較慢,側(cè)鏈仍有?;磻?yīng),且其在DCM、DMF中溶解度不好.
7.7 Lys
Lys的ε-NH2必須加以保護(hù).但與α-NH2的保護(hù)方式應(yīng)不同,該保護(hù)基要到肽鏈合成后除去.ε-NH2的保護(hù)無(wú)消旋問(wèn)題,可以采用?;Wo(hù)基,其它常用的保護(hù)基有芐氧碳基和Boc.
7.8 Fmoc基團(tuán)的脫除
Fmoc基團(tuán)的芴環(huán)系的吸電子作用使9-H具有酸性,易被較弱堿除去,反應(yīng)條件很溫和.反應(yīng)過(guò)程可表示如下:
哌啶進(jìn)攻9-H,β消除形成二苯芴烯,很容易被二級(jí)環(huán)胺進(jìn)攻形成穩(wěn)定的加成物.Fmoc基團(tuán)對(duì)不同的堿穩(wěn)定性不同,可根據(jù)實(shí)際條件選用.
7.9 耦聯(lián)反應(yīng)
固相中的接肽反應(yīng)原理與液相中基本一致.將兩個(gè)相應(yīng)的氨基被保護(hù)的及羧基被保護(hù)的氨基酸放在溶液內(nèi),并不形成肽鍵.要形成酰胺鍵,經(jīng)常用的手段是將羧基活化,其方法是將它變成混合酸酐,或者將它變?yōu)榛顫婖?、酰氯,或者用?qiáng)的失去劑(碳二亞胺)也可形成酰胺鍵,耦聯(lián)反應(yīng)可表示如下:(A:羰基活潑試劑)
碳二亞胺是常用的活化試劑,其中Dcc使用范圍最廣,其缺點(diǎn)是形成了不溶于DCM的DCH,過(guò)濾時(shí)又難于除盡.其他一些如二異丙基碳二亞胺(DCI)、甲基叔丁基碳二亞胺也用于固相合成中,它們形成的脲
溶于DCM中,經(jīng)洗滌可以除去.其他活化試劑,還有Bop(Bop-C1)、氯甲酸異丙酯、氯甲酸異丁酯、SOC12等.其中Dcc、Bop活化形成對(duì)稱酸酐、SOC12形成酰氯,其余三種形成不對(duì)稱酸酐.
7.10 對(duì)稱酸酐法
用Dcc形成對(duì)稱酸酐的方法使用較廣.其缺點(diǎn)是有些氨基酸在DCM中不易溶解,生成的Fmoc氨基酸酐溶解度更差.同時(shí)還有些副反應(yīng),如形成二肽、消旋等.
7.11 混合酸酐法
最常用試劑是氯甲酸的異丙基酯和異丁基酯.前者得到的酸酐穩(wěn)定性好.只產(chǎn)生很少消旋,在適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量及溶劑條件下,耦聯(lián)反應(yīng)很快.而且,在此反應(yīng)中使用的N-甲基嗎啉和N-甲基哌啶對(duì)Fmoc基團(tuán)無(wú)影響.
7.12 酰氯法
在Boc法中不常用的酰氯,因?yàn)楸容^激烈,一些保護(hù)基如Boc不穩(wěn)定.但是,F(xiàn)moc基團(tuán)可以耐受酰氯處理,生成的Fmoc氨基酰氯也很穩(wěn)定.在三甲基乙酸/三胺或苯并三氮唑/二異丙基乙二胺中,反應(yīng)速度很快,消旋很少.酰氯法在固相合成中應(yīng)用還不多,但已表明,F(xiàn)moc-氨基酰氯適用于合成有立體障礙的肽序列.
7.13 活化酯法
活化酯法在固相合成中應(yīng)用最為廣泛.采用過(guò)的試劑也很多,近來(lái)最常用的有HOBt酯、ODhbt酯、OTDO酯等.
HOBt酯反應(yīng)快,消旋少,用碳二亞胺很容易制得;ODhbt酯很穩(wěn)定,容易進(jìn)行分離純化,與HOBt酯具有類似的反應(yīng)性和消旋性能,它還有一個(gè)優(yōu)越之處,在?;瘯r(shí)有亮黃色、耦聯(lián)結(jié)束時(shí)顏色消失,有利于監(jiān)測(cè)反應(yīng);OTDO酯與ODhbt酯類似,消旋化極低,易分離,?;瘯r(shí)伴有顏色從桔紅色到黃色的變化等.
7.14 原位法
將碳二亞胺和α-N保護(hù)氨基酸直接加到樹(shù)脂中進(jìn)行反應(yīng)叫做原位法.
用DIC代替Dcc效果更好.其他的活化試劑還有Bop和Bop-C1等.原位法反應(yīng)快、副反應(yīng)少、易操作.其中DIC最有效,其次是Bop、Bop-C1等.遺憾的是Bop?;瘯r(shí)生成致癌的六甲基磷酰胺,限制了其應(yīng)用.
7.15 裂解及側(cè)鏈保護(hù)基脫除
Fmoc法裂解和脫側(cè)鏈保護(hù)基時(shí)可采用弱酸.TFA為應(yīng)用最廣泛的弱酸試劑,它可以脫除t-Bu、Boc、Adoc、Mtr等;條件溫和、副反應(yīng)較少.不足之處:Arg側(cè)鏈的Mtr很難脫除,TFA用量較大;無(wú)法除掉Cys的t-Bu等基因.也有采用強(qiáng)酸脫保護(hù)的方法:如用HF來(lái)脫除一些對(duì)弱酸穩(wěn)定的保護(hù)基,如Asp、Glu、Ser、Thr的Bzl(芐基)保護(hù)基等,但是當(dāng)脫除Asp 的吸電子保護(hù)基時(shí),會(huì)引起環(huán)化副反應(yīng).而TMSBr和TMSOTf在有苯甲硫醚存在時(shí),脫保護(hù)速度很快.此外,根據(jù)條件不同,堿、光解、氟離子和氫解等脫保護(hù)方法也有應(yīng)用.
Fmoc基團(tuán)用于固相合成多肽已經(jīng)有了十多年的歷史,在合成一些含有在酸性條件下不穩(wěn)定的氨基的殘基的肽時(shí),具有特別優(yōu)越之處.將Fmoc法和Boc法互相補(bǔ)充,定會(huì)在合成更多、更大的生物分子中發(fā)揮.