新聞動態
多肽的發展：
自1901年Fischer小組完成首例二肽分子合成之后，多肽合成已歷經100多年的歷史。隨著多肽在藥物研發與材料化學領域中的需求日益增加，多肽合成策略的研究已經取得諸多飛躍性的進展。
多肽鍵合成中的外消旋化一直是一個主要難題，也是多肽化學研究的熱點之一。肽鍵的形成需要將羧酸活化，活化后的羧酸中間體，以及后續的縮合過程都有可能導致外消旋化。
消旋機制：
深入研究發現，這種外消旋化有兩種機制。第一種機制是直接消旋化——從α碳直接攫取氫質子（Path A）；第二種機制經歷惡唑環的過程——惡唑環的α氫質子被攫取（Path B）。外消旋機制如下圖所示：
圖一：外消旋機制（A）直接消旋；（B）經惡唑環消旋
影響外消旋的因素：
影響肽鍵外消旋化的因素主要有以下三個：
（1）堿的因素；
（2）添加劑因素；
（3）縮合劑的因素。
一：堿的因素
Carpino等人在上世紀九十年代就發現有機堿的堿性和立體位阻對外消旋有很大的影響，多肽縮合反應中使用最為廣泛的有機堿是：N,N-二異丙基乙胺（DIEA），N-甲基嗎啡啉（NMM）和2,4,6-三甲基吡啶（TMP，Collidine）。其中，N,N-二異丙基乙胺堿性較強（pKa 10.1），N-甲基嗎啡啉（pKa 7.38）和2,4,6-三甲基吡啶（pKa 7.43）較弱，由于2,4,6-三甲基吡啶（TMP，Collidine）的立體位阻更大，因此在很多肽鍵形成中，使用2,4,6-三甲基吡啶（TMP）產生的消旋產物更少。另外，平時常用的三乙胺由于其位阻較小堿性較強，外消旋速率比N,N-二異丙基乙胺和N-甲基嗎啡啉都要更快。
下圖為氨基酸N-羧酸酐（NCA）衍生物的消旋速率：
氨基酸的N-羧酸酐衍生物與不同的有機堿消旋化之后再與芐胺縮合的結果如下圖所示：
該結果顯示2,4,6-三甲基吡啶（TMP，Collidine）產生的消旋產物最少。
在另外一篇報道中，Carpino等人發現在多肽片段偶聯時，也有類似的結果，2,4,6-三甲基吡啶（TMP，Collidine）產生的消旋產物最少，在該反應中一個二肽Z-Phe-Val-OH與丙氨酸甲酯鹽酸鹽（H-Ala-OMe.HCl）的縮合，不管用哪個縮合劑，TMP的消旋總是最少的。
Z-Phe-Val-Ala-OMe肽片段合成（2+1）的消旋情況如下圖所示：
二、添加劑的因素
在多肽合成中，加入添加劑是一種常見方法，可以提高收率，減少消旋的副反應——尤其在使用碳二亞胺類型的縮合劑，例如DIC時候，加入添加劑顯得尤為重要。目前，常用添加劑主要是一些苯并三氮唑類化合物（HOXt），主要包括：HOBt、HOAt和6-Cl-HOBt。這類苯并三氮唑化合物具有較強的酸性（pKa HOBt: 4.60, pKa HOAt: 3.28, pKa 6-Cl-HOBt: 3.35），它們能夠與羧酸形成活性中間體。我們知道與碳二亞胺類縮合劑也可以和羧酸形成的活性中間體——O-酰異脲化合物。但是和O-酰異脲化合物相比，苯并三氮唑與羧酸形成的活性中間體更加穩定，可以避免O-酰異脲化合物重排成N-酰異脲化合物從而失去反應活性。在上述三個添加劑中，HOBt活性最差，消旋副反應通常是也最多的。HOAt活性最好，消旋的副反應也最少，HOAt吡啶環上7位氮原子發生的鄰位參與效應是其高活性關鍵因素。
近年來，一些含肟的新型添加劑被Albericio小組開發出來，成功地應用于肽鍵的合成。最重要的兩個添加劑是：2-肟氰乙酸乙酯（OxymaPure）和1,3-二甲基紫丁酸（Oxyma-B）。在與碳二亞胺類縮合劑DIC聯用的時候，2-肟氰乙酸乙酯和1,3-二甲基紫丁酸的縮合產率與HOAt相當，但是消旋的副反應更少。在更有挑戰性的肽片段[2+1]縮合反應中，2-肟氰乙酸乙酯和1,3-二甲基紫丁酸也表現出優于HOBt的抑制消旋化的效果。在進一步驗證消旋化的實驗中，Albericio等人利用固相合成制備幾個三肽化合物。這幾個三肽含有一些特別容易發生消旋化的氨基酸——絲氨酸（Ser），半胱氨酸（Cys）和組氨酸（His）。研究發現1,3-二甲基紫丁酸（Oxyma-B）對于抑制消旋的效果最好，甚至優于HOAt和2-肟氰乙酸乙酯（OxymaPure）。
Z-Phg-Pro-NH2的合成（固相合成）情況如下圖所示：
二肽Z-Phe-Val-OH與H-Pro-NH2的縮合（溶液相合成）情況如下圖所示：
三肽H-Gly-AA-Phe-NH2（AA = Ser、Cys、Cys（Acm）或His）固相合成如下圖所示：
三、縮合劑的因素
縮合試劑結構多變、種類繁多，主要包括以下幾類：碳二亞胺類、銨鹽類、磷鹽類、吡啶鹽類、喹啉類、磷酸酯類等。HOXt、OxymaPure、Oxyma-B都可以與一些銨鹽類或磷鹽結合，成為獨立的縮合劑。但以上縮合劑大部分都會產生較大程度的消旋，因此為抑制外消旋化的發生，反應中需要加HOBt、HOAt以及Oxyma等消旋抑制劑，通過形成的活化酯，以避免外消旋化。
最近來自百時美施貴寶公司的Gregory L.Beutner團隊報道了一類非常高效的酸胺縮合體系，酰基咪唑鎓鹽長期以來被認為是非常高效的酰基轉移試劑，并被用于酰胺的合成，酰基咪唑鎓鹽的活性也要高于酰基咪唑的活性。酰基咪唑鎓鹽一般需要酰基咪唑與很強的烷基化試劑如Meerwein鹽、碘甲烷等，Rapoport等人報道了CDI類似物氮甲基咪唑鎓鹽用于挑戰性酸胺縮合，然而將該類試劑從高活性的烷基化試劑中分離出來本身就是一個較大的挑戰。Gregory等人報道的亮點在于不需要分離高活性的酰基咪唑鎓鹽，而是利用有效策略將TCFH和NMI有效結合原位生成它，并將其用于挑戰性酸胺縮合反應，取得了非常好的效果，并且產物能得到很好的手性保持。反應機理如下所示：
該反應體系對多肽合成手性保持可達到99.9%，抑制消旋的效果和收率都非常優秀，如下圖所示：
2020年，來自日本的Wataru Muramatsu等人ACS catalysis報道了硅烷作為媒介的酸胺縮合反應，也很好地解決了消旋的問題，該反應體系的反應條件十分溫和，反應如下圖所示：
上圖中的PG保護基可以是乙酰基、苯甲酰基等基團，這類氨基酸其它的縮合劑一般很難將消旋情況控制的很好。
參考文獻：
1.C.Sheehan, G. P. Hess, J. Am. Chem. Soc. 1955, 77, 1067. doi: 10.1021/ja01609a099.
2.L.Stevens, M. E. Munk, J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 4069. doi: 10.1021/ja01548a060.
3.El-Faham, F. Albericio, Chem. Rev. 2011, 111, 6557. doi: 10.1021/cr100048w.
4.Hu, S. Xu, Z. Zhao, Y. Yang, Z. Peng, Yang, M. Wang,J. Zhao, J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 13135. doi: 10.1021/jacs.6b07230
5.Z. Wang, X. Wang, P.Wang, J. Zhao, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 10374. doi: 10.1021/jacs.1c04614.
6. Org. Lett., 2018, DOI:10.1021/acs.orglett.8b01591.
7. ACS Catal.2020, 10, 9594?9603
