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酰胺鍵的形成是合成化學(xué)中非常重要的一個反應(yīng)，據(jù)統(tǒng)計，在藥物化學(xué)工業(yè)，酰胺鍵的構(gòu)建是應(yīng)用最為廣泛的化學(xué)反應(yīng)，約占總反應(yīng)類型數(shù)的25%[1]。2019年全球暢銷的200種藥物中約有1/3的藥物含有酰胺鍵[2,3]。長期以來，發(fā)展高效的酰胺合成方法一直是合成化學(xué)的主要目標(biāo)之一。而綠色環(huán)保的酰胺合成方法更是被美國化學(xué)會綠色化學(xué)研究所確定為一個關(guān)鍵研究領(lǐng)域并持續(xù)努力中[4]。
同時，酰胺鍵的形成是多肽和蛋白質(zhì)合成領(lǐng)域中的一個最基礎(chǔ)也是最核心的反應(yīng)。科學(xué)家們經(jīng)過長期的研究，開發(fā)了很多種構(gòu)建酰胺鍵的方法，如混酐法、酰基疊氮法、縮合劑法等多種方法，但應(yīng)用最廣泛的依舊是縮合劑介導(dǎo)的酰胺合成方法。傳統(tǒng)的縮合劑在反應(yīng)效率，光學(xué)純度，位阻，穩(wěn)定性，分離等方面仍然存在著一些缺陷。此外固相多肽合成的低原子經(jīng)濟(jì)性給可持續(xù)發(fā)展帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展一種高效，簡單，光學(xué)純度好的縮合試劑是困擾研究人員的一大難題。
近年來，趙軍鋒教授團(tuán)隊圍繞酰胺鍵的形成，致力于通過發(fā)展新試劑和新反應(yīng)來解決多肽與蛋白質(zhì)化學(xué)合成領(lǐng)域的難題。經(jīng)過不懈努力，開發(fā)了一種結(jié)構(gòu)全新的炔酰胺類縮合試劑-Ynamide，實(shí)現(xiàn)了高效，無消旋化構(gòu)筑酰胺鍵[5]。
這類試劑代表產(chǎn)品是N-甲基乙炔基甲磺酰胺 (MYMsA)和 N-甲基乙炔基對甲苯磺酰胺(MYTsA)，其分子量小，反應(yīng)無需額外添加催化劑，對空氣和水穩(wěn)定，在近中性條件下幾乎定量的得到目標(biāo)酰胺，更重要的是含有α-手性中心的羧酸在縮合過程中不會發(fā)生消旋，圖一為炔酰胺試劑的結(jié)構(gòu)通式[6]。
圖一
趙教授團(tuán)隊開發(fā)的炔酰胺試劑應(yīng)用廣泛，可以用于普通酰胺和多肽片段，酯和大環(huán)內(nèi)酯，硫代酰胺等的合成。下面將詳細(xì)介紹這類炔酰胺縮合試劑在合成應(yīng)用中的研究進(jìn)展。
用于酰胺和多肽合成
炔酰胺介導(dǎo)的酰胺鍵合成在羧酸活化和氨解兩步反應(yīng)中均可以自發(fā)且高效的進(jìn)行，于是趙教授課題組采用了兩步一鍋法，即不分離活化中間體，直接與胺進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)，簡化了操作過程。該方案具有很好的普適性，位阻大的底物以及手性氨基酸均可適用且不會消旋化，而且炔酰胺介導(dǎo)的反應(yīng)不僅適用于合成酰胺，二肽，還可用于肽片段的合成（如帶保護(hù)基的Leu-腦啡肽的合成）。另外，此類縮合試劑對許多官能團(tuán)耐受性比較好，在OH, SH, CONH2，吲哚的NH等氨基酸側(cè)鏈官能團(tuán)的存在下均可以發(fā)生[6]。
圖二 酰胺合成
用于酯（硫酯）和大環(huán)內(nèi)酯的合成
酯鍵是許多天然產(chǎn)物和精細(xì)化工產(chǎn)品的重要官能團(tuán)，硫代羰基酯同樣也是官能團(tuán)轉(zhuǎn)化的重要中間體，大環(huán)內(nèi)酯更是眾多藥物，天然產(chǎn)物的核心骨架。由于炔酰胺試劑與羧酸反應(yīng)的活化酯穩(wěn)定性好，在冰箱儲存可長達(dá)半年，趙教授課題組進(jìn)一步拓展炔酰胺試劑的應(yīng)用，開發(fā)了分子間的酯化和大環(huán)內(nèi)酯的合成方案，如圖三：在堿性條件下，乙腈作溶劑可以很順利的實(shí)現(xiàn)酯化反應(yīng)，對于手性α-氨基酸亦可以在DIEA催化下避免外消旋化的發(fā)生，底物普適性好，（硫）醇，（硫）酚均可適用。另外，大環(huán)內(nèi)酯的合成存在消旋化，順反異構(gòu)化以及分子間聚合和關(guān)環(huán)副反應(yīng)等問題，一直困擾著眾多科研人員，趙教授課題組利用炔酰胺試劑成功的合成了大環(huán)內(nèi)酯（圖四），在對甲苯磺酸水合物催化下，依舊采用兩步一鍋法，在室溫即便較高的濃度下也可以順利合成大環(huán)內(nèi)酯，有效的避免了外消旋化和順反異構(gòu)化等問題[7,8,9]。
圖三 分子間酯化
圖四 大環(huán)內(nèi)酯的合成
硫代酰胺和硫代多肽
多肽和蛋白質(zhì)的精確修飾和功能化已成為化學(xué)生物學(xué)不可或缺的工具，硫酰胺鍵取代傳統(tǒng)肽鍵可以獲得不同的理化性質(zhì)，如可以增強(qiáng)多肽對酶降解的抵抗力，以及獨(dú)特的光譜特性制作探針等。由于合成方法上的局限性，硫代酰胺在蛋白質(zhì)生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也受到限制。針對蛋白質(zhì)和多肽中引入硫酰胺鍵的挑戰(zhàn)，趙軍鋒教授課題組開發(fā)了以炔酰胺為介導(dǎo)的硫代酰胺合成方案，在二氯甲烷或者DMF中，可以無外消旋化的得到硫代酰胺，并且在固相多肽合成中，硫代羧酸與炔酰胺制備的活化酯中間體可以高效地轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物（除組氨酸外的其余19種天然氨基酸均可），從而為硫代酰胺在多肽和蛋白質(zhì)化學(xué)生物學(xué)的研究奠定了基礎(chǔ)[10,11]。
圖五 硫代酰胺的合成
炔酰胺類縮合劑既兼具了傳統(tǒng)縮合試劑和活化酯的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了其不足，為酰胺與多肽、酯與大環(huán)內(nèi)酯、硫代多肽等重要物質(zhì)的合成提供了新的方法，在多肽和蛋白質(zhì)合成領(lǐng)域具有重要的科學(xué)意義。此外，經(jīng)過我們科研人員的努力，蘇州昊帆已能夠提供炔酰胺類縮合試劑，同時，我們公司致力于酰胺，多肽合成試劑的研發(fā)和生產(chǎn)，經(jīng)過二十年的發(fā)展和積累，本公司已成為全球最大，最全的酰胺合成試劑供應(yīng)商，第一代至第四代縮合試劑均有在售，歡迎有需求的朋友來電垂詢。
參考文獻(xiàn)：
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