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多肽合成方法:
?;B氮物法
早在1902年,Theodor Curtius就將?;B氮物法引入到肽化學中,因此它是最古老的縮合方法之一。在堿性水溶液中,除了與?;B氨縮合的游離氨基酸和肽以外,氨基酸酯可用于有機溶劑中。與其他許多縮合方法不同的是,它不需要增加輔助堿或另一等當量的氨基組分來捕獲腙酸。
長期以來,一直認為疊氮物法是唯一不發(fā)生消旋的縮合方法,隨著可選擇性裂解的氨基酸保護基引入,該方法經(jīng)歷了一次大規(guī)模的復興。該方法的起始原料分別是晶體狀的氨基酸酰肼或肽酰肼64,通過肼解相應的酯很容易得到。在-10℃的鹽酸中,用等當量的亞硝酸鈉使酰肼發(fā)生亞硝化而轉化為疊氮化物65,依次洗滌、干燥,然后與相應的氨基組分反應。有些疊氮化物可用冰水稀釋而沉淀出來。 二苯磷?;B氮化物(DPPA)也可以用于?;B氮化物的合成。Honzl-Rudinger方法采用亞硝酸叔丁作為亞硝化試劑,并且使疊氮縮合反應可在有機溶劑中進行。因?;B氮化物的熱不穩(wěn)定性,縮合反應需在低溫下進行。當溫度較高時,Curtius重排,即酰基疊氮轉化為異氰酸酯的反應成為一個主要的副反應,最終導致生成副產(chǎn)物脲。由于反應溫度低(如4℃)而導致反應速率相當慢,使得肽縮合反應通常需要幾天才能完全。 對于較長的N端保護的肽鏈,酯基的肼解一般比較困難,因此,使用正交的N保護肼衍生物是一種選擇。在肼基的選擇性脫除后,按倒接(backing-off)策略組合的肽片段可以用于疊氮縮合。
如前所述,雖然疊氮法一直被認為是消旋化傾向最小的縮合方法,但在反應中,過量的堿會誘發(fā)相當大的消旋。因此,在縮合反應期間要避免與堿接觸,例如,氨基組分的銨鹽應采用N,N-二異丙胺或N-烷基嗎啉代替三乙胺來中和。
雖然有上述局限性,但該方法仍很重要,尤其對于片段縮合而言,因為該方法具有較低的異構化傾向,適用于羥基未保護絲氨酸或蘇氨酸組分時,Nˊ保護的本行酰肼還具有多種用途。
酸酐法
在多肽合成中,最初考慮應用酸酐要追溯到1881年Theodor Curtius對苯甲酰基氨基乙酸合成的早期研究。從氨基乙酸銀與苯甲酰氯的反應中,除獲得苯甲酰氨基乙酸外,還得到了BZ-Glyn-OH(n=2-6)。早期曾認為,當用苯甲酰氯處理時,N-苯甲?;被峄騈-苯甲?;呐c苯甲酸形成了活性中間體不對稱酸酐。 大約在70年后,Theodor Wieland利用這些發(fā)現(xiàn)將混合酸酐法用于現(xiàn)代多肽合成。目前,除該方法外,對稱酸酐以及由氨基酸的羧基和氨基甲酸在分子內(nèi)形成的N-羧基內(nèi)酸酐(NCA,Leuchs anhydrides)也用肽縮合。最后應該提到,不對稱酸酐常常參與生化反應中的?;磻?/span>
混合酸酐法
有機羧酸和無機酸皆可用于混合酸酐的形成。然而,僅有幾個得到了廣泛的實際應用,多數(shù)情況下,采用氯甲酸烷基酯。過去頻繁使用的氯甲酸乙酯,目前主要被氯甲酸異丁酯所替代。
由羧基組分和氯甲酸酯起始形成的混合酸酐,其氨解反應的區(qū)域選擇性依賴依賴于兩個互相競爭的羰基的親電性和(或)空間位阻。在由N保護的氨基酸羧酸鹽(羧基組分)和氯甲酸烷基酯(活化組分,例如源于氯甲酸烷基酯)形成混合酸酐時,親核試劑胺主要進攻氨基酸組分的羧基,形成預期的肽衍生物,并且釋放出游離酸形式的活性成分。當應用氯甲酸烷基酯(R1=異丁基、乙基等)時,游離的單烷基碳酸不穩(wěn)定,立即分解為二氧化碳和相應的醇。然而,對于親核進攻的區(qū)域選擇性,也有一些相反的報道,產(chǎn)物為氨基甲酸酯和原來的N保護氨基酸組分。 為了形成混合酸酐,將N保護的氨基酸或肽分別溶于二氯甲烷、四氫呋喃、二氧六環(huán)、乙腈、乙酸乙酯或DMF中,用等當量的三級堿(N-甲基哌啶、N-甲基嗎啉、N-乙基嗎啉等)處理。然后,在-15℃--5℃,劇烈攪拌的同時加入氯甲酸烷基酯以形成不對稱酸酐(活化)。經(jīng)短時間活化后,加入親核性氨基酸組分。如果作為銨鹽使用(需要更多的堿),必須避免堿的過量使用。如果嚴格按照以上的反應條件,混合酸酐法很容易進行,是最有效的縮合方法之一。
對稱酸酐法
Nα-?;被岬膶ΨQ酸酐是用于肽鍵形成的高活性中間體。與混合酸酐法相反,它與胺親核試劑的反應沒有模棱兩可的區(qū)域選擇性。但肽縮合產(chǎn)率最高,為50%(以羧基組分計)。
雖然由對稱酸酐氨解形成的游離Nα-酰基氨基酸可以和目標肽一起,通過飽和碳酸氫鈉溶液萃取回收,但在最初,這種方法的實用價值極低。對稱酸酐可以用Nα-保護氨基酸與光氣,或方便的碳二亞胺反應制得。兩當量的Nα-保護氨基酸與-當量的碳二亞胺反應有利于對稱酸酐的形成,對稱酸酐可以分離出來,也可不經(jīng)純化而直接用于后面的縮合反應?;贜α-烷氧羰基氨基酸的對稱酸酐對水解穩(wěn)定,可采用類似上述純化混合酸酐的方法進行純化。
由于Boc-保護氨基酸的商品化和合理的價格,在肽鏈的逐步延長中,使用對稱酸酐法日益受到重視。雖然可以買到晶狀的對稱酸酐,但原位制備仍然是一種不錯的選擇。
碳二亞胺法
碳二亞胺類化合物可用于氨基和羧基的縮合。在該類化合物中N,Nˊ-二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)相對便宜,而且可溶于肽合成常用的溶劑。在肽鍵形成期間,碳二亞胺轉變?yōu)橄鄳碾逖苌?,N,Nˊ-二環(huán)己基脲可以從反應液中沉淀出來。顯然,碳二亞胺活化后的活性中間體氨解和水解速率不同,使肽合成能在含水介質進行。經(jīng)幾個課題組的大量研究,確立了以碳二亞胺為縮合劑的肽縮合反應機理,羧酸根離子加成到質子化的碳二亞胺,形成高活性的O-?;?;雖然還沒有分離出這個中間體,但通過非常類似的穩(wěn)定化合物推斷了它的存在。O-?;迮c氨基組分反應,產(chǎn)生被保護的肽和脲衍生物。或者,與質子化形式處于處于平衡狀態(tài)的O-?;愲?被第二個羧酸酯親核進攻,產(chǎn)生對稱的氨基酸酐和N,Nˊ-二取代脲。前者與氨基酸反應得到肽衍生物和游離氨基酸。在堿催化下,使用DCC的副反應使?;鶑漠愲逖踉酉虻愚D移,產(chǎn)生N-酰基脲71,它不再發(fā)生進一步的氨解。不僅過量的堿可催化O-N的?;D移,而且堿性的氨基組分或碳二亞胺也可催化該副反應。
另外,極性溶劑有利于這一反應途徑。