（有机化学专业论文）含有苯基侧链的α氨氧基酸的合成、构象研究和应用.pdf

摘要 关键词：戗氨氧基酸，苯基侧链，n o 转角，手性位移试剂，羧酸，催化剂 a l d o l 缩合反应 中图分类号：0 6 2 我们合成了苯基侧链的一氨氧基酸的单体及其寡聚体，并对其二级结构进 行研究；同时合成了两类苯基侧链0 【一氨氧基酸的衍生物，将其分别用于手性识 别领域和催化不对称a l d o l 缩合反应。 我们从手性扁桃酸出发，找到了两条路线能够以很高的e e 值合成含有苯基 侧链的一氨氧基酸单体，并且合成了几个苯基侧链的仳一氨氧基酸寡聚体。通 过n m r ，f t - i r ，c d 谱和x r a y 单晶衍射的方法进行研究，结果表明苯基侧链 引入后，这些分子在其相邻残基之间仍然形成八员环的分子内氢键，即n o 转 角。 我们合成了一系列含有苯基侧链的a 一氨氧基酸衍生物。这类化合物的合成 路线短，总产率高。经过筛选和研究其中化合物4 2 e j l l 4 3 e 对于很多种类的手性 羧酸对映体在1 h n m r 上表现出非常好的识别能力，是一类优异的手性位移试剂。 与手性h p l c 和g c 等分析手段相比，该方法测定手性羧酸的对映体纯度，更加方 便，快捷，并且不需要进行衍生化处理。 我们设计合成了一类新型的苯基侧链c c 一氨氧基酸衍生物作为催化剂，用于 催化不对称的a l d o l 缩合反应，最后以适中的产率( 3 2 5 7 ) 和e e 值( 5 4 - - , 6 5 ) 得到a l d o l 缩合的产物。 a b s t r a c t k e yw o r d s ：0 c a m i n o x ya c i d ，p h e n y ls i d ec h a i n ，n 旬t u r n ，c h i r a ls h i f tr e a g e n t c a r b o x y l i ca c i d ，c a t a l y s t ，a l d o lr e a c t i o n c l cn u m b e r ：0 6 2 w eh a v es y n t h e s i z e da a m i n o x ya c i do l i g o m e r sw i t hp h e n y ls i d ec h a i nm a d s t u d i e dt h e i rc o n f o r m a t i o n w eh a v ea l s od e v e l o p e dt w ot y p e so fc o m p o u n d sd e r i v e d f r o m 旺一a m i n o x ya c i d sw i t hp h e n y ls i d ec h a i na n di n v e s t i g a t e dt h e i ra p p l i c a t i o ni n c h i r a lr e c o g n i t i o na n da s y m m e t r i ca l d o lr e a c t i o n ，r e s p e c t i v e l y w eh a v es y n t h e s i z e dc h i r a li x - a m i n o x ya c i d sw i t hp h e n y ls i d ec h a i ni nh i g h o p t i c a lp u r i t ys t a r t i n g f r o mc h i r a lm a n d e l i ca c i dv i at w od i f f e r e n tw a y s t h e c o n f o r m a t i o n ns t u d i e s ，b yu s i n gn m r ，f t i r ，a n dc ds p e c t r o s c o p i cm e t h o d sa sw e l l a sx r a y c r y s t a l l o g r a p h y h a v ed e m o n s t r a t e dt h a tp e p t i d e sc o n t a i n i n g 程一a n f i n o x y a c i d sw i t hp h e n y ls i d ec h a i ns t i l la d o p te i g h t m e m b e r e d r i n gi n t r a r n o l e c u l a rh y d r o g e n b o n d sb e t w e e na d j a c e n tr e s i d u e sr c a l l e dt h en 一0t u r n s ) w eh a v ep r e p a r e das e r i e so fc 2 - s y m m e t r i cc o m p o u n d sd e r i v e df r o ma - a m i n o x y a c i d sw i t hp h e n y ls i d ec h a i ni nh i 曲o v e r a l ly i e l d s as e r i e so fc h i r a lr e c o g n i t i o n s t u d i e si n d i c a t et h a tc o m p o u n d s4 2 ca n d4 3 eh a v eag o o da b i l i t yt or e c o g n i z e e n a n t i o m e r so fab r o a dv a r i e t yo fc a r b o x y l i ca c i d si nt h e1 hn m rs p e c t r a t h u st h e s e t w oc o m p o u n d sc a nb eu s e da sc h i r a ls h i f tr e a g e n t sf o rt h ed e t e r m i n a t i o no f e n a n t i o m e r i cp u r i t i e so f c h i r a lc a r b o x y l i ca c i d sb y1 hn m r d i r e c t l ya n dr a p i d l y f r o m 仅一a m i n o x ya c i d s 、析t hp h e n y ls i d ec h a i n w eh a v ea l s od e v e l o p e dan e w k i n do fo r g a n o c a t a l y s t sw h i c hh a v es h o w nam o d e r a t e c a t a l y t i ca c t i v i t yf o r a s y m m e t r i ca l d o lr e a c t i o n so f p n i t r o b e n z a l d e h y d ew i t ha c e t o n e 第二童 合成的化合物 秽日+ b r on 0 芒。日o y o 圹r o n o 第四章 囝勺“。7 嚼若* o 蹲苔a r 嚼孝“ 0 h 。j卧驯圹“ 妙。k 蕈 三第 0 。少0 吼 m o 。少h忡 。矿备 叫 世艘 人 艘 瞬。跫。吖哎擐必 4 “ 西 妤7 气娥攀 囝 。 西 煅窘磁 “c 4 5 c 第一章前言 近几年来，人们对于蛋白质的结构与功能的认识日益深入。在自然界中，由即 氨基酸组成的蛋白质是组成生命体、实现生物功能的结构基础。而多肽则是分子量小 于1 0 ，0 0 0 的蛋白质片段。多肽和蛋白质的生物功能都是由它们的三维空间结构所决定 的。在形成稳定空间结构的过程中，分子内氢键是重要驱动力之一。而氨基酸残基的 侧链及其他一些相关因素则对所形成的二级结构形式起决定性的作用。研究显示，少 于1 0 个氨基酸构成的天然多肽通常不能形成稳定的二级结构，而且容易被蛋白酶降 解。 为了得到具有稳定二级结构和生物活性，且有生物稳定性的多肽，研究人员开始 j f 发各类分子量较小的人工多肽，用于模拟天然多肽的结构与功能。通常，在进行人 工多肽设计时有两种思路。一种是模板导向的构象控制，通过把普通的多肽链连接在 具有构象诱导功能的模板上，使人工多肽形成各种蛋白的二级结构。】第二种是以 结构基元为基础的构象控制，人工多肽的二级结构是通过选择不同的结构基元来控 制，类似于天然多肽的二级结构由其一级结构所决定。迄今为止，人工设计的非天然 结构基元主要有：d 一，v 一，8 - 氨基酸等。它们都是模拟天然氨基酸，通过肽键连接结 构基元形成寡聚物，利用一系列酰胺羰基氧原子与另一个酰胺上氢原子之间的分子内 氢键作用形成螺旋、转角等稳定的二级结构。除了以上像p 一，v 一，5 - 氨基酸等延长碳 链的方法以外，在主链上加入杂原子也是设计非天然多肽的方法之一。在普通氨基酸 的氨基和与之相连的碳原子之间插入一个氧原子，可以形成一类新的结构基元氨氧 基酸( 图1 ) 。这种化合物与普通的氨基酸非常相似，一端为羧基，一端为氨基。但由 于新增加的氧原子的作用，使得与之相连的氨基的性质有所改变。我们对这类以氨氧 基酸为单元的拟肽的合成及二级结构等方面性质进行了较为深入的研究。并对各类二 级结构进行了大量计算化学方面的研究。【习 r h 。n 人c 。h 口一a m i n oa c i d h 2 n c o o h r 2 1 3 - a m i n oa c i d 图1 氨基酸与氨氧基酸 a 一氨氧基酸( 图1 ) 结构与d 一氨基酸类似，其中氧原子替代t p - 氨基酸中的 一碳。由于氮原子和氧原子之间的孤对电子的推斥作用使a 一氨氧基酸具有刚性结构， 并且能够调控相邻基团间的氢键供体和受体性质。a 一氨氧基酸中的酰胺键有很好的 抗酶解性能。i s 研究表明，氨氧基酸寡聚物比d 一氨基酸的寡聚物具有更为稳定的二级结构。其稳 定性主要有两方面原因。一是由于氮一氧键的旋转能垒达到7 千卡摩尔，使得绕氮 一氧键的旋转比较困难，这样分子的构象就比较稳定。二是由于酰胺基团上的氢受到 与氮原子相连的氧原子的吸电子作用影响，酸性较普通酰胺基团上的氢要强，这样就 使之能与分子内其它酰胺羰基上的氧原予形成更为稳定的分子内氢键。 我们发现0 【一氨氧基酸可以形成包含很强的8 员环分子内氢键的n 一0 转角( n o t u r n ，图2 ) 。h j l 转角的形成与侧链的种类无关，完全由骨架结构决定。转角结构的 取向由a 一碳的构型决定。通过改变o c - 碳的构型( d 或l ) ，我们可以控制转角的方向。 由于转角的形成与侧链无关，这使得相同的二级结构形式可以用不同序列的d 一氨氧基 酸寡聚物来构建。 a ) n o 转角b ) 能量最低的构象 图2 0 【一氨氧基酸的稳定二级结构 理论研究揭示了这样的结构特性的本质。如图2 b 所示，由于n 和o 上的孤对电 子的排斥作用，n o 键变得很刚性。c n o c 二面角只能在9 0 0 或一9 0 0 附近变化。 而又由于最有利的o c c = o 二面角为1 8 0 0 ，这样相邻的两个酰胺基团形成一个相当 稳定的8 员环分子内氢键。【j 】c 。上的支链则决定了n o 转角的方向。支链要求与n o 键成反式( a n t i ) 构象( 图2 b ) 。这样当c 。为s 构型时，n o 转角为右手螺旋，而当c 。 为r 构型时，n o 转角则为左手螺旋。于是，同手性的a 一氨氧基酸的寡聚物由于n o 转角的方向一致可以形成螺旋结构( 图3 ) 。 图3q 一氨氧基酸多肽形成的螺旋结构 由d 和l d 一氨氧基酸交替偶联形成的二聚体由于n o 转角的方向交错，可以形 成反转结构( r e v e r s et u r n ，图4 ) 。旧 图4d ，l a 一氨氧基酸形成的反转结构 当d 和l o l 一氨氧基酸交替偶联的肽链进一步延伸，其头尾在空间上能够接近， 设计一定的链长就可能合成一些环肽。如图5 所示的环一六肽可以依靠分子内的8 员环 氢键保持稳定的二级结构。【7 1 计算发现当所有的8 员环氢键都打开时可形成一个所 有n h 键都指向中心的构象( 图5 b ) ，而这个构象只比图5 a 所示构象能量高大约1 2 千卡，摩尔。利用酰胺氢的酸性，这种环肽可以选择性地结合阴离子。在结合阴离子 以后，所有的8 员环分子内氢键被打断，酰胺氢不再与酰胺羰基上的氧原子形成氢键， o ， 导丫 o 。nko。 札 ，弋o 占、 江 h ， h 、 一r 少。、b 转而与阴离子形成氢键。它的结合程度与阴离子种类有很大关系，在卤素阴离子中， 与氯离子的结合最好。这种环肽结构与氯离子的高度选择性结合对于模拟在细胞膜上 形成氯离子通道提供了一个优良的模型。 o ab 图5d 和l 吼一氨氧基酸交替偶联形成的环一六肽 在对这类以氨氧基酸为单元的拟肽的合成及二级结构研究的基础上，目前我们丌 始探索这类分子在生物、催化有机反应等领域的应用。 参考文献 ( 1 ) s c h n e i d e r , j p _ ；k e l l y , j w c h e m r e v 1 9 9 5 ，9 5 ，2 1 6 9 ( 2 ) w u ，y d ；w a n g ，d 一p ；c h a n ，k wk ；y a n g ，d j = a m c h e m s o c 1 9 9 9 ，1 2 1 ，1 1 1 8 9 ； ( 3 ) s c h o n ，i ；k i s f a l u d y , l ；n a f r a d i ，j ，；v a r g a , l ；v a r r o ，vh o p p e - s e y l e r zp h y s i o l c h e m 1 9 7 8 ，b d3 5 9 , 8 9 7 ( 4 ) y a n g ，d ；n g ，e - f ；l i ，z 一j ；w u ，y 一d ；c h a r t ，k w k ；w a n g ，d 一p ，a m c h e m s o c 1 9 9 6 ，1 1 8 ，9 7 9 4 ( 5 ) y a n g ，d ；q u ，j ；l i ，b ；n g ，f - f ；w a n g ，x 一c ；c h e u n g ，k 一k ；w a n g ，d 一p ；w u ，y d a m c h e m s o c 1 9 9 9 ，1 2 1 ，5 8 9 ( 6 ) y a n g ，d ；q u ，j ；l i ，w ；w a n g ，d 一p ；r e n ，y ；w u ，y 一d ，a m c h e m s o c 2 0 0 3 ，1 2 5 ， 1 4 4 5 2 ( 7 ) y a n g ，d ：q u ，j ；l i ，w ；z h a n g ，y - h ；r e n ，y ；w a n g ，d - p ；w u ，y 一d za m c h e m s o c 2 0 0 2 1 2 4 1 2 4 1 0 4 第二章苯基侧链。卜氨氧基酸的合成和构象研究 2 - 1引言 我们组已经由d 型或l 型氨基酸出发合成了多种侧链的a 一氨氧基酸。但是侧链 的种类取决于天然氨基酸侧链的种类。为了进一步丰富0 【一氨氧基酸的侧链多样性， 我们希望合成具有非天然侧链的a 一氨氧基酸，并对其构象进行研究。 苯甘氨酸是一类非天然的氨基酸，它们的一些衍生物具有很好的生物活性，引起 人们的广泛关注。很多a 一苯基甘氨酸被用作代谢谷氨酸盐的对抗剂，i t 】而且d 一苯 甘氨酰胺和4 一羟基苯甘氨酰胺已经被成功的用于盘尼西林和头孢菌素等抗生素的合 成中。1 2 苯甘氨酸和它的酰胺衍生物在有机合成中是一类很有用的构建单元，在不对 称催化反应中也被广泛地用作手性辅剂和手性配体。【司一些含有苯甘氨酸的二肽还是 很有效的主体，可以用来拆分外消旋的烷基苯基亚砜，1 一芳基乙胺，a 羟基酯和醚。 1 4 1 这些研究结果激励着我们去合成并研究具有苯基侧链的a 一氨氧基酸( a 一苯甘氨 氰基酸) 。 2 - 2苯基侧链0 【一氨氧基酸寡聚体的合成 尽 r h 2 n 人c 0 2 h 一h 。人c 。：h r t a c o 、 c 0 2 h r r 一a c o i c 0 2 t b u j l h o ，l - c 0 2 t b u 2 二- _ 一 2 0 | | b 瞄卜0 a ： | | o r = c h 2 c h ( c h 3 ) 2 。ch3 b u = c h h 2 c r i ( c h 3 ) 2 。c h ( c n 3 ) 2 c h 2 c h 3 ( i ) n a n 0 2 ，h 2 s 0 4 ，h 2 0 ，8 0 - 9 5 ；( i i ) a e c i ，r e f l u x , 9 5 ；( i i i ) d c c ，v b u o h ，d m a p ，c h 2 c 1 2 ，7 5 - 9 0 ；( i v ) k 2 c 0 3 ，m e o h ，h 2 0 ， 8 5 - 9 8 ；( v ) n - h y d r o x y p h t h a l i m i d e ，d i a d ，p p h 3 ，t h f ，6 9 - 8 3 s c h e m e1 从天然氨基酸合成旷氨氧基酸 我们小组发展的由l 型天然氨基酸合成伐一氨氧基酸的路线有以上五步反应，l s t 0 【 一氨基酸重氮化制备羟基酸，由于羧基的邻基参与效应，产物的构型保持，通过乙酰 化反应保护羟基，再用叔丁酯保护羧基，然后在k 2 c 0 3 的作用下脱保护得到羟基，以 便进行羟基上的m i t s u n o b u 反应，这是关键的一步，将引入a 一氨氧基酸的n o 片段， p p h ，和d i a d 加成后，a 一羟基酸酯的羟基氧进攻p p h 3 ，形成复合物，和n 一羟基邻 苯二甲酰亚胺发生s n 2 取代，产物构型翻转。d i a d 在反应中结合n 一羟基邻苯二甲 酰亚胺中的氢。最后以5 0 一7 0 的产率得到两端保护的d 一氨氧基酸，一氨氧基酸 的光学纯度为9 5 9 9 。以下是m i t s u n o b u 反应的反应机理： o s c h e m e2m i t s u n o b u 反应的反应机理 2 2 1 单体的合成路线 我们按照s c h e m e1 ，以手性的扁桃酸为起始原料，通过乙酰化保护羟基，然后在 d c c ，d m a p 的作用下酯化保护羧基，接着羟基脱保护，最后在无水无氧条件下通过 m i t s u n o b u 反应引入n o 片段。但是通过手性h p l c 检测发现，最后产物2 4 的e e 值 只有3 0 ，我们认为这主要是由于在酯化反应中使用的d m a p 碱性太强，使a 一位发 生了消旋化，手性h p l c 检测产物2 2 光学纯度的结果也证实了这一点。 我们换了新的酯化反应条件( s c h e m e3 ) ，利用三氟化硼乙醚和亚胺三氯乙酸叔 丁酯后( t - b u t y lt r i c h l o r o a c e t i m i d a t e ) ，得到的酯化反应产物2 2 的e e 值很高( 9 9 ) ， 但是最终m i t s u n o b u 反应后得到的单体2 4 对映体过量只有8 7 ，这是在m i t s u n o b u 反应中发生了消旋化。 o h j l 9 八c 0 2 咱uj l 2 3 o a c c 0 2 t b u 2 2 6 0 t w os t e p s 9 9 e e n - o y c 0 2 b u p h 2 4 8 2 t w os t e p s 8 7 e e ( i ) a c c i ，r e f l u x ；( i i ) t - b u t y lt d c h l o r o a c e t i m i d a t eb f 3e t 2 0 ，c h 2 c 1 2 h e x a n e ( i i i ) k 2 c 0 3 m e o h ，h 2 0 ；( i v ) n h y d r o x y p h t h a l i m i d e d i a d ，p p h 3 t h f s c h e m e 3 于是我们设计了新的合成路线( s c h e m e4 ) ，先将手性扁桃酸转化为稳定的酰胺， 再进行m i t s u n o b u 反应，得到光学纯度 9 9 的产物3 ，然后通过肼解和偶联反应得到 二酰胺4 。 斗矿。o ( i ) c y c l o h e x y l a m i n e e d c l ，h o b t c h 2 c 1 2 ( i i ) n - h y d r o x y p h t h a l i m i d e ，d i a d ，p p h 3 ，t h f ( i i i ) n h 2 n h 2h 2 0 ，m e o h ( i v ) i s o b u t y r i ca c i d ，e d c i ，h o b t 0 h 2 c 1 2 s c h e m e4 另外的一条路线如s c h e m e5 所示，通过酯化反应制得苄酯，然后通过m i t s u n o b u 反应得到9 6 e e 的单体6 ，用p d c 催化氢化得到c 端脱保护的q 一氨氧基酸7 。 _ 一 吣： 一 掣 。q o 。a 3 。q i b 掣叽 一 掣 9 h 9 1 洲一i o o 6 9 9 9 6 c e 掣 9 5 “一 o 7 7 5 ( i ) 0 8 2 0 0 3 h 2 0 m e o h ( i i ) b n b r d m f ( i i i ) n - h y d r o x y p h t h a l i m i d e d i a d p p h 3 ，t h f ( i v ) h 2 ，p d c ，m e o h 2 2 - 2 二聚体的合成路线 s c h e m e5 对于含有苯基侧链的a 一氨氧基酸二聚体的合成，如s c h e m e6 所示。化合物8 的 羧基端在三氟乙酸作用下脱保护得到化合物9 ，化合物3 通过肼解氨基端脱保护得到 1 0 ，化合物9 和1 0 在e d c i 和h o a t 作用下进行缩合反应得到化合物l l ，化合物1 l 通过肼解和偶联反应，得到三酰胺1 2 。 o o o 0 3 o 二畸9 。串o h l ! 7 6 t h r e es t e p s ，。p o 斟o 1 2 6 1 ( i ) t f a ，c h 2 c b ( i i ) n h 2 n h 2h 2 0 ，m e o h ( i i i ) e d c i ，h o a t ，c h 2 c 1 2 ，( i v ) i s o b u t y d ca c i d ，e d c i ，h o a t ， c h 2 c 1 2 ， s c h e m e6 - 8 - o 一 o o n h ”i o n n 斗 _ 一 o 。少卧 。铒 2 2 3 四聚体的合成路线 通常，用于多聚体合成的方法有两种，一种是聚合式的合成路线，一种是直线型 合成路线。两种方法相比较，聚合式的合成方法更为经济，方便。 p n o b p p h 。h h 2 n 7 嶙一。卜一削7 p o n 6 b ( i ) n h 2 n h 2h 2 0 m e o h ( i i ) t f a c h 2 c 1 2 ( i i i ) e d c i h o a t c h 2 c 1 2 ( i v ) p d c ，h 2 s c h e m e7 我们设计由片断a 和片断b 缩合的聚合式路线( s c h e m e7 ) 合成目标分子五酰胺， 而片断b 可以由上面化合物1 1 通过肼解制得。在合成片断a 的时候，我们由化合物 1 7 经过p d c 催化氢化脱苄基，实验结果发现，反应过程中化合物1 7 骨架上的n o 键发生断裂，并没有生成我们预期的片断a 。于是我们改用直线型的合成路线( s c h e m e 8 ) ，通过脱保护，偶联等反应合成了目标分子五酰胺1 6 。 o 。少卧 月 。审 o z i 。甘。 、z h 。卜丫 旷斗 o n h 仃 。 卜水 。 z。 。p _ 一 。9r 侣 杈 斗 0 o o 上一h 2 n o 丫儿、 p h o 瞄洮。 3l 、 8 廿h v o o o p n o i 力p h 7 1 b 6 4 o n - o 丫k n 一 乩“ 。j 。o 乩 “ ( i ) n h 2 n h 2h 2 0 m e o h ( i i ) 7 e d c i ，h o a t c h 2 c 1 2 ( i i i ) t f a c ：h 2 c 1 2 ( l v ) i s o b u t y r i ca c i d e d c i h o a r ， c h 2 c 1 2 ( v ) 1 4 e d c i h o a t ，c h 2 c 1 2 s c h e m e8 2 3苯基侧链叶氨氧基酸寡聚体的构象研究 在氨氧基酸寡聚体的构象研究中，我们通常联合使用n m r ，f t - i r ，c d 谱和x r a y 单晶衍射等方法来表征和确定分子内氢键的形成。 2 3 11 hn m r 研究m z l 通常用1 hn m r 手段来研究分子内氢键的形成的方法有三种。第一种是用非氢键 溶剂( 例如c d c l 3 ) 稀释的方法，研究酰胺质子化学位移对浓度的依赖性；第二种是 向被研究分子在非氢键溶剂( 例如c d c l 3 ) 的稀溶液中逐渐加入强的氢键受体( 例如 d m s o d 6 ) 的方法；第三种是酰胺质子化学位移对温度的依赖性，但是这些方法不能 单独用来研究确定分子内氢键。在研究中，我们通常联合使用前两种方法筛选一氨 氧基酸寡聚体中形成分子内氢键的酰胺质子。 众所周知，在一多肽中，形成分子内氢键的酰胺质子要比没有形成分子内氢键 的酰胺质子向低场移动2p p m 左右，对于旺一氨氧基酸寡聚体也有同样的现象。在a 。4 。少卧 力 d n h 。串 。 础。少卧 一氨氧基酸寡聚体中没有形成分子内氢键的n h 信号一般出现在8 3 9 0p p m ，而形 成分子内氢键的n h 信号通常向低场移动，出现在1 0 3 一1 2 2p p m 。对于没有形成分 子内氢键的酰胺n h ，在高浓度下( 例如2 0 0m mi nc d c l 3 ) ，由于分子间氢键的形成， 化学位移也很低场。当浓度逐渐降低的时候，分子间氢键很难形成，信号向高场移动。 也就是说，没有形成分子内氢键的酰胺n h 对浓度的依赖性很大。在很低浓度下，寡 聚体的分子问氢键可以忽略不计，如果向其中加入强的氢键受体d m s o 一以，没有形 成分了内氢键的酰胺n h 由于和d m s o - d 6 形成分子间氢键，信号迅速向低场移动。 l 捌此没有形成分子内氢键的酰胺n h 对于d m s o - 比的加入量呈现出很大的依赖性。 然而，对于形成分子内氢键的酰胺n h ，浓度的变化和强的氢键受体d m s o 一以的加入 几乎不影响它们的化学位移。 如图1 所示，第一栏是酰胺上氢的化学位移对化合物4 ，1 2 和1 6 的浓度( c d c l 3 为溶剂，温度为2 9 8k ) 的对数作图，对于三个化合物，我们都观察到了同样的现象， 即当用c d c l 3 稀释时，n 端的酰胺n h 信号迅速向高场移动，而其它的酰胺n h 的化 学位移对稀释并不敏感，表明它们形成了分子内氢键。 这一氢键形式被d m s o 一, t 6 滴加实验进一步证明( 图1 ：第二栏) 。把5 0 t l d m s o 巩 逐渐加入( 每次5 此) 到0 5m l 的寡聚体的c d c l 3 溶液中( 5m m ) ，随着d m s o 比 的加入，n 端的酰胺n h 迅速向低场移动，而其它的酰胺n h 对d m s o 一比的滴加并 不敏感。 1 。 p 三。 l 。 。 l 3 a ， 7 1 25 1 ，。 喜 量 ； 。 9 0 as 。 l 0c l c o n c 01 02 006 0 v o l u m lo f d m b t 3 - d + a d d e dh a - ) 0 1 0a 0o5 0 v c u r a o o f d m s o - d _ d 由d t l i u o l o v o l u m lo f d m 8 0 q a a n o d ( l ) 图1 第一栏，酰胺上氢的化学位移对化合物4 ，1 2 和1 6 的浓度( i nc d c l 3a t2 9 8k ) 的对数作图；第二栏，酰胺上氢的化学位移对向化合物4 ，1 2 和1 6 ( o 5m l5m mi n c d c l 3 ) 中加入的d m s o - 磊的量作图 2 3 22 dn o e s y 研究 二维n m r 通常被用来研究同手性旺一氨氧基酸寡聚体在溶液中时的构象。对于 化合物4 ，1 2 和1 6 观察到了类似的n o e 形式。在n h ，和c 。h ，间观察到了强的n o e 一巨d)#一言要善zzd p ! e 效应，而在n h 川和c 。h f 间观察到了弱的n o e 效应。因为除了n 端的n h 外，其它 所有的酰胺上的氢都形成了分子内氢键( 通过前面核磁研究可以表明这一点) ，化合 物4 ，1 2 和1 6 分别形成了一个，二个和四个连续的n o 转角，同手性的仪一氨氧基 酸寡聚体1 2 和1 6 由于n 一0 转角的方向一致，形成螺旋结构。 h l n h b n h 。n h 。 一一l 一 1 i l r i o ；_ h 2 + ii 伊 产 一j l 一 ：r 一i 一r “1 r n h 。 n h a 刊 n h a f n h c 一 n h b i i 涪 。 肆z ! 一：= = 焉：_ 一再。二一 1 6 图2 化合物4 ，1 2 和1 6 ( 5m mi nc d c l 3a t2 9 8k ) 的局部n o e s y 谱和观察到的 n o e 效应小结( s ，强；w ，弱) 2 3 。3f t - i r 研究1 8 已有研究表明没有形成分子内氢键的( 游离的) 酰胺的n h 吸收和形成分子内氢 键后酰胺的n h 吸收分别位于3 4 5 0 - - 3 4 0 0c m - 1 和3 3 0 0c m - 1 左右，而没有形成分子内 氢键和形成分子内氢键的氨氧基酰胺的n h 吸收分别位于3 3 4 0 - - 3 4 0 0c r n 。和3 2 0 0 c m 。以下。我们进一步对化合物4 ，1 2 和1 6 的n h 红外吸收进行了研究。图3 给出 了化合物4 ，1 2 和1 6 的n h 伸缩振动的红外吸收谱。红外的研究是在很低的浓度下 ( 2 m m i n c h 2 c 1 2 ) 进行的，在这一浓度下分子间氢键很难形成，从而排除了它的影 响。 表格l 列出了化合物4 ，1 2 和1 6 的n h 伸缩振动的红外吸收谱的归属，与我们 以前的研究结果相吻合。 通过3 4 1 0c m 。的吸收峰和3 3 0 7 3 3 1 5 c m - 一的吸收峰的峰的面积大小比较可以看 出，已经形成了分子内氢键的构象是最稳定的构象，这和前面的核磁研究结果一致。 化合物4 化合物1 2 化合物1 6 图3 化合物4 ，化合物1 2 和化合物1 6 n _ _ h 伸缩振动的f t i r 吸收谱( 2m mi nc h 2 c 1 2 a t2 9 8 k ) m m l 表1 化合物4 ，1 2 和1 6 的n _ _ h 伸缩振动的f t i r 吸收谱 普通酰胺上的n h 吸收峰( c m 。1 )氨氧酰胺的n h 吸收峰( c m 1 ) 化合物游离的n h 吸成分子内氢键的游离的n h 吸收成分子内氢键 收峰n h 吸收峰 i 隆的n h 吸收峰 43 4 1 13 3 0 73 3 5 7 1 23 4 1 13 3 1 33 3 6 13 1 5 8 1 63 4 0 93 3 1 53 3 5 93 1 5 2 2 3 4 圆二色谱( c d ) 研究9 】 c d 谱已经被成功地用于测定旺一多肽，凸一多肽的二级结构，】9 0 - 2 5 0 n n l 的c d 吸收属于骨架上酰胺键的z r - n * ，n - - n * 的跃迁吸收。我们也利用c d 谱来研究同手性a 一氨氧基酸寡聚体的构象。对于所有的c d 谱，摩尔吸光系数已经被n o 转角的个 数归一化，按照以下的公式： 0 _ q t m l o o l c n 其中魄c d 信号强度( 单位：度) ，m 是分子量，是样品槽的光径长度( 单位： 分米) ，c 是浓度( 单位：克每毫升) 。n 代表n o 转角的个数 图4 给出的是化合物4 ，1 2 和1 6 在不同溶剂中的c d 吸收，吸收曲线形状相似， 在1 9 8n n l 左右有一个最大吸收，2 2 5 n m 左右有一个最小吸收，在2 1 2 - - 2 2 2n l t i 左右 和零有一个交点。吸收强度在c h 3 c n 溶剂中较强，而在强的氢键溶剂中( 例如m e o h ， c f 3 c h 2 0 h ) 吸收减弱，表明螺旋构象定程度上会被强的氢键溶剂破坏。 化合物4 1 口。 2 0 02 1 02 , 2 0瑚2 w a v l l l n q 州n m ) 化合物1 2 化合物1 6 图4 化合物4 ，1 2 和1 6 在不同溶剂中的c d 吸收( 1m ma t 2 9 8 k ，每个化合物的摩 尔吸光系数【e 】已经用n - - o 转角的个数归一化) 从图5 中可以看到，二酰胺4 ，三酰胺1 2 ，五酰胺1 6 吸收曲线形状相似，而且 吸收强度也相似，随着寡聚体的增长，并没有看到明显的协同效应。表明寡肽到达一 定长度形成螺旋结构后，继续增长肽链并不会提供额外的稳定性。 国妒三 一 一- r 兰 、07、。 一 零 1u，1|110j11j1j，11 一嚣一一一一一。一 j 同翮 ：鬲一 、i j j 羔 = 卜，、e 薹叠 = 、_ 、 ”5 二 、_ _ ，t ，一 = 一 一 ： 图5 化合物4 ，1 2 和1 6 在同一溶剂中的c d 吸收( a ) c h 3 c n ：( b ) c f 3 c h 2 0 h ( 1 m ma t2 9 8 k ，每个化合物的摩尔吸光系数【e 已经用n o 转角的个数归一化) 2 3 5x 一射线单晶衍射分析 对上面的寡肽进行单晶培养，我们得到了二酰胺4 的单晶。分析化合物4 的单晶 结构( 图6 ) ，我们发现分子中存在预期的八员环分子内氢键，在c = o i 和n h i + 2 之间 形成了分子内氢键，氢键的键长，也就是o ( 1 ) h ( 2 ) 的距离，为2 2 0 a ，n ( 2 ) - - h ( 2 ) o ( 1 ) 的角度为1 4 7 。n - - o 转角的n - - o 键和c 。一c b 键处于反式。h 。和h 1 的距离为 2 4 8a ，而h b 和h l 的距离为3 2 1a ，与n o s e y 结果相吻合。单晶分析的结果和前 面的hn m r ，f t i r ，c d 和2 dn o e s y 的结果一致，表明二酰胺4 在固态和溶液中 的构象相似，都形成了八员环分子内氢键( n o 转角) 。 图6 二酰胺4 的n o e 形式和单晶结构 小结 我们从( s ) 一扁桃酸出发，合成了一系列的含有苯基侧链的仳一氨氧基酸寡聚体， 通过n m r ，f t _ i r ，c d 谱和单晶的方法进行研究，结果表明苯基侧链引入后，这些 分子在其相邻残基之间仍然形成八员环的分子内氢键，即n o 转角。表明苯基侧链 对稳定二级结构的形成和形式都没有影响，a 一苯甘氨氧酸可以作为一种新的折叠单 元用于拟肽的设计中。考虑到苯甘氨酸在催化和生物方面的应用，我们认为o 【一苯甘 氨氧酸和它的衍生物会在分子设计中成为一个很有潜力的构建单元。 2 5 实验部分 1 化合物的合成和表征 掣h n d 2 将环己胺( 6 m m o l ，o 5 9 4g ) 加入到扁桃酸的4 0 m lc h 2 c 1 2 溶液中，然后加入 h o b t ( 1 0 1 2 9 ，7 5 m m 0 1 ) 和e d c i ( 1 2 4 2 9 ，6 5 m m 0 1 ) 。反应物在室温下搅拌1 8 个 小时。然后用5 0 m l c h 2 c 1 2 稀释，并且用饱和n a h c 0 3 溶液( 1 0 m l ) ，稀盐酸( 1 0 m l ) 和饱和氯化钠溶液( 1 0 m l ) 分别洗涤一次。有机层用无水硫酸钠干燥，过滤、浓缩， 柱层析分离纯化得白色固体( 产率：9 7 ，1 0 6 5 9 ) 。n 1 p 9 3 - 9 5 ； c q 2 0 d + 5 6 9 。01 0 0 ， c h c l 3 ) ；1 hn m r ( 5 0 0m h z ，c d c l 3 ) 87 4 0 _ 7 3 3 ( m ，5 h ) ，5 8 8 ( b r ，1 h ) ，4 9 9 ( d ，j = 3 5 h z ，1 h ) ，3 7 9 3 7 3 ( m ，1 h ) ，3 5 8 ( d ，j 23 5h z ，1 h ) ，1 8 1 - 1 1 2 ( m ，1 0 h ) ；”cn m r ( 1 0 0 m h z ，c d c l 3 ) 81 7 1 9 4 ，1 4 0 1 5 ，1 2 8 5 1 ，1 2 8 1 7 ，1 2 6 8 4 ，7 3 9 6 ，4 8 0 8 ，3 2 8 3 ，3 2 7 7 ，2 5 5 0 ， 2 4 8 0 ，2 4 7 9 ；i r3 3 7 2 ( b r ) ，3 2 9 4 ( b r ) ，1 6 5 0 ，1 6 2 6c m - 1 ；l r m s ( e i ) m z2 3 3 ( m + ) ；h r m s ( e i ) f o rc 1 4 h i g n 0 2 ( m + ) ：c a l c d2 3 3 1 4 1 6 ，f o u n d2 3 3 1 4 11 嚼聱。 将化合物2 ( 1 5 r n m o l ，3 1 2 9 ，1e q u i v ) ，p h t h n - o h ( 1 5 7 5 m m o l ，2 5 6 7 9 ，1 0 5e q u i v ) 和p p h ，( 1 6 5 m m o l ，4 3 2 3 9 ，1 1e q u i v ) 混合在个2 5 0m l 的烧瓶中，然后在真空下 拙o 5 h 。灌氮气后加入9 0 m l 溶剂t h f ，冷却到o * c 后用注射器逐滴加入d 1 a d ( 1 5 7 5 m m o l ，3 1 8 2g ，1 0 5e q u i v ) 。混合物在室温搅拌4 h 。反应结束后除去溶剂，直接过 柱( 产率：9 2 ，5 2 4 9 ) 。白色固体；m p 1 8 6 - 1 8 8 ； a 】“d + 1 3 。( c1 0 0 ，c h c l 3 ) ；1 h n m r ( 5 0 0 m h z ，c d c l 3 ) 67 8 6 _ 7 7 6 ( m ，4 h ) ，7 7 4 ( d ，j = 7 9 h z ，1 h ) ，7 6 1 - 7 3 9 ( m ，5 h ) ， 5 7 5 ( s ，1 h ) ，3 8 9 3 8 8 ( m ，1 h ) ，2 0 4 1 2 6 ( m ，1 0 h ) ；“cn m r ( 1 2 5m h z ，c d c l 3 ) 6 1 6 6 9 2 ，1 6 3 7 5 ，1 3 4 9 1 ，1 3 3 7 7 ，1 2 9 7 0 ，1 2 8 6 5 ，1 2 8 5 7 ，1 2 3 8 3 ，8 8 5 8 ，4 8 4 3 ，3 2 9 9 ，3 2 4 6 ， 3 0 8 8 ，2 5 4 3 ，2 4 8 5 ；i r3 3 2 1 ( b r ) ，1 7 8 9 ，1 7 3 4 ，1 6 5 0c m - ；l r m s ( f a b ) m z3 7 9 ( m + + 1 ) ； h r m s ( f a b ) f o rc 2 2 h 2 3 n 2 0 4 ( m 十+ 1 ) ：c a l c d3 7 9 1