（有机化学专业论文）含二硫键的环肽的合成与分子识别作用.pdf

含二硫键的环肤的合成与分子识别作用 有机化学专业 研究生 黄小毅指导教师 余孝其 教授 环肤特殊的结构特点以及在化学及药学上的优势使其成为当今化学中发 展迅速、 具有挑战性的 领域。 本文 致力于研究含二硫键的 寡环 肤的 合成 及在分 子 识别中的 应用， 并获得了 一些有意义与结果。 洲门 从谷氨酸或天冬氨酸的两个梭基出发， 得到一系列含s - a c m的线性肤 衍生 物， 最后在高度稀释的 溶液中 用i z 氧化生成二硫键这一方 法进行关 环得到 我 们的目 标产物， 其结 构 通过 h n m r 、 质谱等方 法得到确 证。 通过使 用 这一 方 法我们成功合成了含二硫键的 环五肤及环三肤。 将所合成的环五 肤在分子识别方面作了 初步的应用研究， 在对d ,l - 氨基酸 甲 酷盐酸盐对映选择识别方面取得较好的结果。 关键词:环肤合成识别 二硫键 d e s i g n , s y n t h e s i s a n d m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n o f d i s u l f i d e b o n d - b e a r i n g c y c l o p e p t i d e s s p e c i a l t y : o r g a n i c c h e m is tr y g r a t u a t e s t u d e n t x i a o - y i h u a n g s u p e r v i s o r p r o f x ia o- q i y u c y c l o p e p t i d e w it h s p e c i a l a r c h it e c t u r e a n d u s e fu l f u n c t i o n s i n c h e m i s t r y a n d p h a r m a c e u t i c a l c h e m i s t ry i s a n e w c h a l l e n g in g f i e ld t h a t i s q u i c k ly d e v e lo p in g . i n t h i s d i s s e r ta t i o n , c y c lo p e p t i d e s b e a r i n g d i s u lf id e b o n d h a v e b e e n d e s i gne d , s y n t h e s iz e d a n d t h e i r m o l e c u l a r re c o g n it i o n f o r d ,l - a m in o a c i d m e t h y l e s te r s h a v e b e e n s t u d i e d . a s e r i e s o f u s e f u l a n d c rea t i v e r e s u l t s h a v e b e e n o b t a i n e d n o v e l d is u l fi d e b o n d - b e a r in g c y c l o p e p t i d e s h a v e b e e n d e s i gne d a n d s y n t h e s iz e d b y i o d in e o x i d a t i o n o f h i s ( s - a c m ) o f g l u t a m i c a c i d a n d a s p a r t ic a c i d l i n e a r p e p t i d e s d e r i v a t iv e s . wit h th is s y n t h e t i c m e t h o d w e h a v e s u c c e s s fu ll y s y n t h e s i z e d a s e r i e s o f d i s u l f i d e - b e a r i n g c y c l o t d p e p e t id e s a n d c y c l o p e n ta p e p e t id e s . t h e ir s tr u c tu re s w e r e id e n t ifi e d b y m s a n d 1h n m r . mo r e o v e r , c y c l o p e n t a p e p t i d e s as h o s t s h a v e b e e n u s e d t o t h e r e c o g n it io n o f d ,l - a m i n o a c i d m e th y l e s t e r s a n d w e h a v e g o t s o m e g o o d r e s u lt s e s p e c i a ll y o n e n a n t i s e l e c t i v e re c o g n iti o n o f d ,l - a m i n o a c i d m e t h y l e s t e r s h y d r o c h l o r i d e . k e y w o r d s : c y c l o p e p t i d e s y n t h e s i s r e c o g n it i o n d i s u l fi d e 第一章 环肤的合成与性质研究进展 1 . 1 引言 环肤是指一类由 氨基酸以 肤键形成的环 状化合 物。 在自 然界中 起着重要作 用的环 肚化合物根据其骨架结构一般可以 分为 两类: 一 类为均环肤( h o m o d e t ic c y c l o p e p t id e ) ， 氨基酸之间均以 酞胺键相连; 另 一类为杂环 肤 ( h e t e r o d e ti c c y c l o p e p tid e ) ，结 构 中 除 了 酞 胺 键 外 还 有 醋 键 、 醚 键 、 硫 酷 键 和 二 硫 键 等， 以 及 含非氨基酸组分的假肤。 肤类化合物是一种十分柔软的分子， 可取多种构象形式， 它们常常可以以 多 种构象体存在于一个平衡体系中，当 与靶细胞受 体发生相互作用， 产生生物 效 应时 ， 常 采 取 一 种 活 性 构 象 i i i 。 而 环 肤相 对 线 型 肤 有 一 定 稳定 性与内 在构 象 约束，可获得更大选择性，且它的结构同大环化合物如 冠醚、 环糊精、 杯芳烃 有所相似， 容易形成氢键网络。 环肤特殊的 结构 特点以 及在化学及药学上的 优 势引起了化学家们的兴趣和重视。 新的复杂的多肚化合物中， 环肤无论从何种意义上来讲都可以说是最重要 的 一 种， 其特殊的 结构以 及对酶降解的 稳定性 使其具 有重要 性质， 特别是使用 一些特殊的 方法得到某 种指定结构的环肤时， 人们甚至 发现它在药物、 纳米材 料、 生 物离子通道以 及 超 分子自 组装等领域有 着极 其 广 泛的 用 途2 l 本章对环肚的合成、 性能及应用研究的一些新进展进行评述。 1 .2 环肤的合成进展 环肚的结构特点以及它在化学及药学上的 优势引 起了化学家们的兴趣， 然 而与线性肤相比， 环肤的合成要困难得多。 环化反 应属于分子内反应，反应需 要在高 度稀释的溶液中 进行， 但仍难以 避免二聚体 及多 聚体的生成， 为克服分 子间反应，寻找可获得高产率、低消旋的环肤合成方法已引 起人们重视。 理论上讲， 大多数形成肤键的方法都适用于环肚的闭合， 然而实际上的环 化反应仍然需要对以 下的问题进行特别的考虑。 首先， 影响成环最重要的因素 就是所成环的大小: 含七个氨基酸残基以上的多肤一般都能顺利的成环， 五肤、 六肤成环有些困 难， 更小的环肤合成则很困 难。 另外， 线性肤环二聚化的 倾向、 立体阻 碍因素、 环上官能团 等都是需要考虑的因 素。 总的说 来， 环肤复杂的结 构使得有机化学家合成环肤仍然需要运用熟练的 技巧并 花费 大量的时间 即 使 是中 等 尺度的 环肤， 要使产率达到5 0 %以 上 并 且 纯度 超过9 7 ， 依旧 是 一 件挑战性的工作。 但在涉及到每一个具体的 合成步骤如各种官能基团 保护基 的 接入和脱落、 二硫键闭合时的疏基氧化以 及肚的内 酷或内 酞 化等方面， 即 使 是 涉及到复杂生 化想象的 很多 杂环肤的 合成， 仍 有一定的 经 验 可循。 由 逐步 合 成 和片断组合两 种合成 途径构成的液相合 成与固 相合成， 依然是环肤合成的经 典方法。 1 .2 . 1 均环肤的合成 合成均环肤实质上是形成一个分子内 肤键的过程， 它的合成方法主要有溶 液 合 成 和 固 相 合 成 方 法 两 种。 溶 液 法 合 成 环 肤 是 在 高 度 稀 释 的 溶 液 中 进 行 ( 1 0 -3 - 1 0 1 m o 均， 游 离 的 线 型 肤 首 尾 相 连 成 环 。 固 相 合 成 法 则 是 在 树 脂 上 成 环 ， 成 环后从树脂上脱下得到环肤。 溶液法是经典的合成方法， 线性肚成环属于分子内反应， 为避免发生分子 间反应生成线性或环状的二聚和多聚体， 所以 一般需要在高度稀释的溶液中 进 行。 溶液法合成环肤可 将线性肤前体一 端 ( 一般为c 端) 活化， 然后成环， c 端活化常用活泼酷法、叠氮法、混合酸醉法等。 活泼醋法是 最初合成环肤的常用方法， 它是 将梭基制成活 泼酷脱去n - 端保 护基然后成环， 活泼e 7b 中间体具有一定的稳定性， 可以分离、 纯化和存放，也 有一定的反 应活性， 但活泼酉 旨 的立体效 应大， 反应活性不高， 使环化速度减慢， 这样梭基活化的多肤链在溶液体系中长期存在增加了消旋的 可能; 叠氮法是将 狡基端制成酞基叠氮活泼中间体， 在稀释的 碱性溶液中 成环， 叠氮法引起的消 旋 较 小， 比 活 泼 酉 旨 法 效 率高 3 ， 但 酞 基 叠 氮中 间 体 不 稳 定 叠 氮 酸 有毒， 制 备 步骤烦琐; 混合酸配法是将狡端制成混合酸配， 然后在稀释的 碱性溶液中成环， 但其活泼中间 体极不 稳定， 在制备酸af时 要严 格保持 低温， 使用的仪器， 溶剂 也必须绝对干燥。 由 于上述存在的一些问 题， 如今合成 环肤通常使用的是直接合成法和固 相 合成法。 直接合成法中，线性肤不必制成中间体， 只在梭基端和氨基端游离的线性 肤稀溶液中加入有效的缩合试剂使其直 接成 环。 在直接合成法中， 缩合试剂的 选择是 很重要的 ， 随着环肤合成的 不断 发 展， 新型的 缩合试剂也 在不断出 现。 d c c 作为多 肤缩合剂是最为常用的， 但 应用于环肤合成效果不是太好， 副 反应 较 多 ， 特 别 是 消 旋 情 况比 较 严 重 。 一 般 ， 将d c c 与h o b t(4 1 , h o s u 或 者h o a t l 用在一起作为复合缩合剂应用于环肤的 合 成中。 但是 在这些反应中 形成的 酞基 服 不 溶于 水， 不易 除去， 而 取 代d c c 使 用 的d i c i6 或e d c i i 反 应生 成 的 酞 基 脉则 可 用酸溶 液洗去$ 1 m a lo n 用b o p 为 缩 合 剂 在 高 稀 淡 ( 1 0 -3m o l/ l ) 条 件 下 合 成 了 具 有 水 解 活 性 的 环 十 肚和 环 十四 肤 19 1 , f e l ix等 1 0 1 b 匕 较了b o p 与d c c / h o b t 合 成 环 肤的 缩 合 效率， 发现b o p 环化的速度较后者快， 且纯度高， 但b o p 在缩合过程中引起 的 消 旋 现 象比 较 严 重 1 1 ， 可 在反 应 中 加 入h o b t 与 位阻 大的 碱， 尽 量 减 少 消 旋。 另 外， b o p 反 应后的 副 产 物是 致 癌 物 质。 d u m y 等 用p y b o p 代替b o p 合 成了 一类 环 肤， 成 环反 应在3 0 分钟内 即 可 完 成， 并 且 只需要1 . 1 摩尔比 的p y b o p , 反 应 副 产 物 的 毒 性 较b o p 也 大 大 降 低 112 1 . p y b o p 与p y a o p 都 是b o p 的 类 似 物， 它 们的 缩 合 效 率 相下 醉 1 3 1 o h a t u 是 一 类 新 型的 缩 合 试 剂， 它的 类 似 物h b t u 及t b t u均能增加成环的速度和产率， 减少消旋， 还适合于合成位阻比 较大的 和 复 杂 的 环 肤， 但同 时 并 不 能 完 全 避 免 二 聚 环 化 副 产 物和c 末端 的 异 构 化 1 1 4 1 d p p a , d e p b t 及f d p p 均属于比 较 温 和的 缩 合 试剂， 但仍能 得到 较 好的 环化 产率 1 s - 1 7 1 n=c=n ( c h 3 ) 2 -c h -n = c = n - c h 一 ( c h 3 ) 2 ( d c c ) ( d ic ) c 2 h 5 -n = c = n - ( c h 2 ) 3 ( e d c i) 十 n h ( c h 3 ) 2 c i o - c ( n m e 2 ) 2 n 二 n .p f 6 n o - c ( n m e 2 ) 2 n 气 夕 牡 n -卜0 f p t .十、n oin心ni 洲饮 + c ( n m e 2 ) 2 hatu) ( h b t u )( t b t u ) +尸 n一 n、nio n 佗 n .p f 6 n l+ o - p ( n m e 2 ) s ( b o p ) f f / t 业 n p f 6 - n 一 n_ o - p ( n , 己 ) 3 . p f 6 (n 习3 夕袱 ( p y b o p ) 奴rf 效 万 f f夕洲 夸 、 卜 外 n i0 , p o e li ii o e t / m n ( f d p p ) 固相法合成环肤是在树脂上环化，然后脱落下来，因而避免了 分子间的二 聚和多聚，反应不需在高度稀释的 溶液中 进行，过量的 缩合试剂及副产物可通 过洗涤与过滤除去。 近年来随着较温 和的正 交保护策略的发展和有效的缩合试剂 的出 现以 及分离手段的不断发展，越来越多的 人倾向 用固 相法合成环肤，尤其 是 用 于中 型 环 肤的 合成。 固 相 合 成 常 用 m b h a , o x im e 和 p a m等 树脂is ) 。 树脂 上的活性基团是肤链形成的关键，活性基团一般为活泼氨基，经基及琉基等， 活性基团的稳定性决定氨基酸保护基团的选择。 如肪树脂中的活性基团，对硝基 苯甲基肪对碱不稳定，因此不适合f m o c保护策略而适合于b o c策略，活性基 团的多少以每克树脂上活性基团的毫摩尔数( 又称取代度)表示。 mb h a h ok h o 固相合成环肤的成功之处在于各种不n -rt 质的保护基的正确搭配。 保护基 有暂时保护基、 半永久保护基及永久保护基。 暂时保护基每接完一个氨基酸便 脱一次保护。 半永久保护基则在成环前脱下， 一般是用于保护侧链的 氨基 或羡 基。 永久保护基是 在成环后脱下， 如侧链保护基b z l , t o s 等。 暂时 保护基常 用b o c , f m o c ， 相对应的 永久保护基一般为b z l , r - b u 。半永久保护基 形式比 较多 样，如f m , d m b 等。 b o c 和f m o c也可用于半永久保护基。 适当 地利用 各种保护基的不同稳定性，依次脱去保护基，最后合成目 标产物的策略称为 正交保护策略。 氨基酸的 侧链及狡基端均可 通过 缩合反应固载在树脂上，通常的 方法是把 多 肤的 侧链官能团固定在树脂上进 行环合， 天冬氨酸、 谷氨酸的 侧链梭基、 赖 氨酸的 侧链氨基、 酪氨酸的 酚轻 基等都 很容易 和树脂结合( ,- ,i 。 也 有 将多 肚 链 上的 酗安 n原子 连 接到 树脂 上 进 行 成 环的 报道a 7 。 若氨基酸的c 端固 载 在 树 脂 上， 则 有下列3 种成环 方式: ( 1 ) 头 一 尾成环，脱去n端保护， 游 离的 氨 基 进 攻接在树 脂上的c末端 ，成 环的同 时目 标环肤从树脂上脱下(0 1 . o 。 树 脂 常 用于头一 尾成环的b o c 保护策略。 o x im e 树脂的特点是线型肤的n末 端可在 温和的条件下进攻固载在树脂上的酷基中的m基，成环后从树脂上脱下。 但由 于载有肤链的 o x i m e树脂对碱不太稳定，因此每接一次氨基酸，肤链就有可 能部分从树脂上脱下来，造成目 标环肤产率偏低，该法用于寡环肤的合成比 较 适 宜 。 ( 2 ) 侧 链 一 侧 链 成 环 2 , ， 即 侧 链 的 氨 基 ( 如l y s ) 与 侧 链 的 梭 基 ( 如a s p , g lu ) 成 环 。 ( 3 ) 侧 链 有 r 基的 氨 基 酸 与n端 成 环 m l 。 若 氨 基 酸 的 侧 链 固 载 于 树 脂上则主 要为 头 一 尾成环方式 cfi 固 相 法 适 合 于 中 型 环 肤 的 合 成 ， a k a j i 2 7 等 利 用h e c k 反 应 ， 分 别 用 固 相 和 溶液法 合成环肤，发 现固 相法反 应 速 度比 溶液法快。 v a l e r o 2 8 1等 用3种不同 方 法合成一个环十五肤，溶液法的产率比固相法低。 此外 t a n , 2 9 1 等 将a im o t 。 提出 的 硫酷法 用于 环肤的 合成， 它的 合成也是 在 溶液中 进行， 但不同的 是， 进行环化反应中， 其线性肤前体除氨基疏基外其它 官能团不必保 护， 而且也不用在高 度稀释的溶液中进行， 它是通过金属离子的 配合作 用生成 硫醋中 间 体 而最 终 得到 环肚 产物 ( f i g 1 ) . r :c h 2 c h 2 c o n h 2 f i g 1 1 . 2 .2杂 环肤的 合成 杂环肚的氨基酸( 包括非蛋白 氨基酸) 残基之间 存在的非酞胺键主要是醋 键和二硫键。 酉 旨 键的形成与酞胺键的形成类低二硫键相对而言与纯环肤的合 成相差 较大，下面分别介绍这两类成键反应。 二硫键广泛存在于激素、 酶和免疫球蛋白中。 二硫键被认为在稳定有生物 活性的构象方面起了重要的作用。 为了进一步提高生物活性，人们往往在天然 产物中引 入二 硫键对生 物 活 性 肤 进行 结 构修饰m 1 。 二 硫键成环分为 溶液法 和固 相法。 通常溶液中 合成二 硫 键的 方 法 是 先合成带有琉 基保护的c y s 残基的 线 型 肤前 体， 然后脱去c y s 的 保护 基 氧化成二硫键后成环， 或直接将带 保护 基 的c y s 氧 化 成 为 一 s - s - k a c y s 的 常 用 保 护 基 有a c m , t r t , 4 - m e b z 1 和4 - m c o b z l 等。 二 硫键的 形成其实是一种氧化反 应，所以 氧化剂的 选择很重要。 常 用氧化 剂有先 脱保护基再环化的 氧 化 剂， 如d m s o ,k 3 f e ( c n ) 6 ， 眺0 2 以 及空 气 等。 有直 接氧化不需 脱保 护的 氧 化 剂， 如1 2 ( 只能 脱去a c - , t r t) , t i ( t f a ) 3 ， 氯 硅 烷 一 il l 类 氧 化 剂 等 7 4 721 . a ii7 e fi c lo p 3 1 等 利 用t i (t f a ) : 作 氧 化 剂 将固 载 在 树 脂 上 的 肤 氧 化生h k - s - s 一 键， 并 将 它与1 2 作 氧化剂的 情况进 行比 较。 但t i ( t f a ) 3 很 大 的 缺点 便 是 毒性 太 大。 最 近， a n n is t3 4 1 等 研 究出 一 种 新型的 固 相 树 脂， 它 能 使 游离的琉基在温和的条件下关环， 反映在一定 p h值的缓冲溶液，乙睛一甲 醇 溶液中 进行， 加入过量的 树脂， 在 室温下 便能 得到纯度较高的 环化产物。 此树 脂还能重复使用。 1 .2 .3影响环化产率的因素 首先， 是反应浓度的影响。 溶液法中除硫醋法外，由 线型肤合成环肤均要 求高 度 稀释的 条 件。对含奇数 个氨基酸的 寡环肤， 如 环三 肤和环五肤等即 使 在高 度稀释的条件下也易发生分子间反应生成线型及环状聚合物， 因 此导 致环 化产 率大大降低。 但可利用这一点进行二聚反应合成有c 2对称性的 环肤， 如 环十 肤g s的 合 成可用 线型 五肤v a l - o m ( z ) - l e u - d - p h e - p r o 活 化酷法 关 环得 到 。 即 使 在 浓 度 为0 .3 m m o l/ l的 条 件 下 环 二 聚 体 仍 然占 很 大比 例 ( 5 5 % ) 3 5 1 。 尽 管如此， 高度稀释仍是一种减少环二聚肤及环多聚肤等副产物的生成， 从而增 加线型肤环化产率的主要措施。 就是在固 相合成环肤时， 取代度低的环化产率 也相对较高。 另外， 无论是溶液法还是固相合成的不同的线性肤前体序列对产率的影响 都较大。 因为相互作用的复杂性，易变性，使肤链的各个侧链刘环化谏彦及 其 产 率 的 影 响 难以 确 定。 从 大 量 研 究 结 果 总 结 出 以 下 规 律 :m : ( 1 ) n端 与c端 基 较小 的 残 基( g l y , s e r , 0 - a l a , a l a ) 环化 产率 较高， 除p r o 外， 其 它 位阻 较 大 的 如n端 有烷基，。 位有 双取 代基， 0 位有侧链的 氨基酸 0 j a l ， i l e ) 等不 利于 成 环。 ( 2 ) 成环 一 端为d构 型 ， 另 一 端为l构 型 有 利 于 成 环。 ( 3 ) 不 同 构 型 的 氨 基酸 交 替 存在于线型肤 前体中 ， 有利于环化反 应的 进行。 ( 4 ) 分子内 氢键的 形 成 有利于 成 环( 可通过x射线 衍射或分 子设计 推测分子内 氢键的 存 御。( 5 ) 线型 肤中 部 有 转角 趋 势结 构的 氨 基 酸 ( g l y , p r o ) 有 利 于 成 环。 线型肤在溶液中有多种折叠方式， 环化反应的速度、 产率和副反应都与线 型肤前 体的n 一 末端、 c 一 末端接近的几率有关， 随 着要形成的 环的 构象和构型的 稳定 性 增 加， 两端接 近的 机率增加。 环肚构 象的 能量 包 括键角 扭曲 、 单 键的 优 先扭 转和非键原子间的范德华力、 偶极作用及氢键。 酞胺键是平面的，单取 代的 酞 胺 键 以 反 式 、 平 面 构 型 为 稳 定 的 形 式 3 7 . t a m a k i 用c d ( c ir c u l a r d ic h r o i s m ) 谱 研究 成环过程与 线型五 肤构型的关系， 发现成环产率高的 线型 序列的c d谱与 环五 肤的c d谱比 较类似， 而成环产率低的 线型序列的c d谱则与 其线型二聚 体环十肤及环十肤的c d谱类似。 高温有利于线型肤链克服自己的扭曲 张力，增加首尾相遇的 机会有利于 环 化， 可以 加 速环化的 速度m 7 ， 但温度过高 ，副反 应也随 之 增加， 且 增 加了 消 旋化的可能性。同时在低温下反应时间过长，也会有副产物产生。 为了 提高环 肤的 产率，反应开始时 在低温下进行，缩合试剂加完后反应一段时间再升至 室 温搅拌，有利于抑制副反应。 溶剂的 选择对成环产率也 有明 显影响 ，尤 其在 固 相 合 成 中 ， 树 脂 在 不 同 溶 剂 中 溶 胀 性 不 同 使 反 应 有 很 大 差 异 . t a y lo ; 等 3 9 1对 混 合溶剂在固 相成环中的 作用进行了 研究。 发现溶剂的极性与溶胀性决定环肤 及 二 聚体的 产 率， 极性大 ， 溶胀 性好的 溶剂有利于 环肤的 合成。 缩合 试剂 在不同 反 应中 缩 合效果 有较大差异， 一般认为 位阻 较大的 线性 肤 用缩合效率高的 缩合试剂有利于 环化的 进行。 1 .3环肤的性质与应用的 研究进展 1 3 .1 环肤的生理活性及在药物上的 应用 环 肤在自 然界中分布广 泛， 植物、 动物、 低等海洋生物、 微生 物、 细菌和 病菌等含有微量的环肤， 这些环肤的 含量虽然低， 但其中不少具有明显的生理 活性。因此受到国内 外许多化学家、 生物学家和药学家的重视， 他们从自 然界 中 提取到各种各样具有生理活 性的环肤。 早 在 1 9 4 4年，g a u e e 从细菌中 分离出 环十肤短 杆菌肤g s ( g r a m i c id i n s ) ,g s 对 格 兰 氏 阳 性 菌 i m强 的 抗 菌 能 力 4 0 1 a p e t ti c 4 q 等 从 印 度 海 兔 中 提 取 分 离 了9 种抗肿瘤与细胞毒的d o a s t a in s ， 其中d o a s t a n n 3为含有两个唾哇氨基酸 (t h z ) 的 环 五 肤 o g u ille m in 4 2 1等 从5 0 万 头 羊 的 下 丘 脑 中 分 离 得 到 了 8 .5 m g 生 长 激素 释放 抑制因 子s o m a t o s t a t in ( s r i h ) ， 它是 一个 含二硫键的 环十四 肤 激素， 它 不但能抑制生长激素的 释放， 还能抑制许多 其它生理活性物质的释放， 如 胰高 血糖素和胰岛素等，由 于它分布在脊髓节和各种脑区域中， 所以化学家们推测 其可 能 有神 经传递 质的 作 用。 j o n m y d e : 等 4 3 1 从 海藻中 分 离出 一 种 环醋 肤 m a j u s c u la m i d e ， 它 对x - 5 5 6 3 骨 髓癌 阻 断 效 果 达 到3 5 % 。 周 俊 等 4 4 1从 我国 传 统 中药小红参中提取出的 一个环肚中带有糖昔配体与n 一 甲 基氨基酸残基， 实验显 示它对p - 3 8 8 肉 瘤有较强的 抑制活性。 me冷粼 扮。 厂 ( do l a s t a t i n 3) aja 一 粉 lys 一、 。 日。ho ohala- fly lys-asn ho o c /cys pe o-( i 认才 卜o m e ( s r i h ) ( d 红参 环肤 1 .3 .2 环肚在识别中的 应用 分子识别存在于很多生物化学过程， 分子识别机制也是蛋白 质进行组装和 实施其复杂生物功能的 重要基础。 例如由 多 肤组装成蛋白 质的 高级结构， 抗体 一 抗原间的 相互识别和作用， 酶与 底物之间的 相互识别和作用， 蛋白 质与生物活 j性 分子的相互识别与作用等。 这些不仅有重要生物学意义， 对于发展生物分子 分离方法，也具有重要指导作用。 环肤通过分子内酞胺键，二硫键或次甲 基形成环可降低形成多种构象的可 能性，化学家们根据需要在环骨架中引入0 一 氨基酸，非天然氨基酸， 二硫键， 芳香 基团即 可方便改变环肤构象， 形成预先计划好的二级构象， 并提高 其特定 的选择性，这样环肤系列也成为分子识别体系重要组成之一。 c a rc ia - e c h e v e r ri a 14 5 1合 成了 第一 例 能 结 合 离 子 的 环 肤1 ， 在 乙 睛 溶 液 中 它 可 与碱金属和碱土金属的阳离子形成稳定的配合物， 配合物构型依赖于阳离子的 大小， 一般形成1 : 1 的配合物， 对于较大的离子则形成2 : 1 的夹心型配合物。 在环肤化合物中引入具有刚性结构的 基团， 可减少其构象变化， 还可增加 其 主 客 体结 合 部 位， 在分 子识 别中 就 有了 特 别 的 性 质。 程 津培 研究 小 组 4 6 1就 将 芳烃引入环肤得到环肚2 ，经n mr谱证实其酞胺键中的质子指向孔穴内部， 构成了良 好的 氢键供体， 并经实验表明它 对对 一 硝基 苯基磷酸单 酷有较好的 识别 能力，这类化合物据称可成为模拟酶催化的新模型。 h ns co c s 2 tp ,弓 oa (s c o o m m e 0 0 c fo h、 0协55 从 尹5。 丫。 饰。oa o ha l l , 。 日 oh oh ohho, a oi-j-j 2 k u b ik 等合成了 一类l 一 谷氨酸和3 - 氨基苯甲 酸交替构成的环六肤3 , i v mr 和f t i r证实它在溶液中 相对柔软， 它既可通过阳 离子一 二 作用结合阳离子， 也 可通过氢键结合阴离子，k u b ik设计实验证实 3 a就具有这样的两亲性配合能 力， 而3 b则是大大提高了 对阳离子的亲合能 力， 而降 低了 对阴离子的 识别， 他认为 这一 变化是由 于狡 酸根导 致变 构效 应 作 用 而得到的 4 7 -4 8 1 b i tt a 等合成环六肤系列4 ，它们通过芳基上的取代反应而获得的不同的 梭 基在4 % c d 3 0 d / c d c l 3 中 能在其孔穴中 结 合 单 糖， 通 过狡酸根离 子与 单 糖梭基 形 成氢 键， 而对 单糖的 选择性则是由 芳基的 取 代基团 不同而定 4 9 1 r = c h 3 r = c h z c h z c o o c h ( c h 3 ) z a卜 夕溉 决万 沙 口 抓n ho h t r 1o a : r= b r= 甲 oh 可o o i-p r c o o n ( n - b u ) 4 肠hn 夕 受 、 扩 飞 _c: r = 、 之 /一 r d : r= 卜 pr o o n ( n - b u ) 4 ri 一 o n歹 百 n hd o j c o o i-p r c o o n ( n - b u ) 4 此 外， 环 肤 还 对 其 它 如 季 钱盐 5 0 氨 基 酸甲 醋 盐 酸盐 5 l 、 芳 香 族 化 合 物 5 2 等的识别应用。 1 3 .3环肤在其他方面的应用 由于环肤比 线性肤少了 一定构象活性， 这样它不仅对生物活性相当有用， 还可作为蛋白 质二级结 构的 研究工具， 另外 环肤化合物不只可用作酶模型， 人 工受体，还可通过自 组装建立纳米管且具有离子传输能力。 g h a d iri 小 组 合 成了c y c l 。 一 ( i r p - d - l e u - g l u - d - l e u - 5 ， 它 可自 组 装 为 管 形 结 构， 构 成离 子 跨膜传 输隧 道， 它能决 速传 输 送k + , n a 。 由 于其孔穴太小( 7 5 n m ) , 对钾离子的选择性不太理想。更大的环肤则可以 形成更大内径的纳米管。 g r a n j a 合成的 环 十肤构建的 纳米管内 径p lt 到l 0 0 n m ， 可以 允许葡萄糖分 子的 通 过 5 3 -54 h 2 n nho dkl 乙岌气 j 沪 ，. ，1.七j 八林 一 ， r一月1 h i i 1 n h 0 决孑 r = l e u - l e u - ome r= l e u - le u - ome r a n g a n a t h a n小 组认为结合一定 非 氨基 酸 的 官能 团 到 环肤中 可得到 一些 结 构完整且有特定功能的杂环肤， 根据这样的 策略， 他们合成许多含降冰片烯和 金刚 烷刚性骨架的环肤， 其中 两种含降冰片 烯骨架的 环肤 6 , 7 对一价阳离子 具 有 较 好 的 结 合 和 传 输 性 能 s s 环肤化学作为有机化学和生物学的交叉研究领域， 近年来得到极大发展。 但由 于环肤的合成不易， 产率不高而限制了 它的广泛应用， 今后探求更有效的 合成方法将是研究者的首要任务。随 着对环肤的结构和性能研究的进一步深 入， 环肤将在超分子化学、 生物有机化学及药物化学等诸多领域得到更为广泛 的应用。 第二章环五肤的 合成 2 . 1引言 正 如第一章所述， 近年来， 环肤以 其独特的构象，以 及它在分子识别、生 物离子通道、 超分子自 组装、 药物设计等方面的 应用， 吸引了 越来 越多的化学 家、 生物学家、 药学家的 重视， 化学工作者更是不断地从其结构上 进行各种修 饰， 以 期 获 得 其 更 大 的 应 用 价 值 15 6- 5 7 1 。 二 硫 键广 泛存 在 于 激 素、 酶 、 免 疫 球蛋 白中， 被认为在稳定生物活性的肤的构象方面起了重要作用， 为进一步提高生 物 活 性， 州门 往 往引 入 二 硫 键 对生 物活 性 肤 进 行 结 构 修 饰。 如r a n g a n a t h a n 15 8 1 等曾 用胧 氨酸 醋与1 ,w 一 二异 氰酸烷烃 合成 一类环 肤 8 ， 通过自 组装 形 成中 空的 管状通道，期望可以提供足够的空间来设计新型的电子或光学材料。 程津培小 组 13 9 1 也从肤 氨酸 醋出 发 合 成 三肤， 将 三 肤与2 , 6 - 毗吮二 酞氯反 应 形成一 类环 肤 9 ， 它可通过其拨基或氨基分别识别阳离子或阴离子。因此， 我们也设计了 包括二硫键的寡环肤作为我们合成的目 标分子。 oy hn-+irj nh o 、 hnr 中 nh o - j l 0 r = o m e ; n = 4 , 6 , 1 2 r = v a v l e w 丁 p ; n = 6 s -s 2 .2环五肤的设计合成 上述环肤均是从胧氨酸醋出发， 或与其它 氨基酸相连得到一些对称多 肤衍 生物，然后以其二氨基与对称的二酞氯或二异氰酸等进行 1 十1 反应，得到含 二硫键的环肤， 而本实验所用的二酸是谷氨酸和天冬氨酸， 考虑到它们并不是 对称的二酸结构， 若以 其与一二胺结 构进行 1 +1 关环反 应， 则会因 其两个狡 基的 活性的 不同 发 生很多 副反 应， 使反 应 产物 难以 分离， 达不到 理想的 结果。 所以， 本实 验先从这一二酸结构出发， 依次与 亮氨酸甲 醋盐酸盐、 s 一 乙 酞氨甲 基半肤氨酸甲 酷进行反应，得到线性五肤，再用1 2 氧化a c m保护了的两个分 子内 半 肤 氨酸 琉 基 成为 二 硫 键， 从 而 得 到 我 们 所 设计 包 含 二 硫 键的 环 执反 应 过 程如f i g 2 ) . nhb o c l - l e u . o me . h c i o r 卜p h aome . h ciom日 1 0 1 1 nhb o c hr, nh hnho o o oh c oome 1 21 3 b o c h n 习目cju c h , o h o 4i 0 n = 1 ; r 二 一 c h 2 c h ( c h 3 ) 2 n = 0 ; r 二 一 c h 2 c h ( c h 3 ) 2 n = 1 ; r = - c h 2 p h n = 0 ; r = - c h 2 p h sees/无 o o m e 性 4 f i g 2 2 .3实 验部分 2 .3 . 1 仪器和试剂 1 ) 仪器 熔点:x r c - 1 显微熔点测定仪，温度计未经校正 质 谱 : f i n n i g a n l c q o e c a a g lie n t e s i - m s 质 谱 仪 ， f in n i g a n m a t 4 5 1 0 质 谱 仪 1 5 核 磁: v a r i a n ino a - 4 0 0 ( 0 .5 % t m s 为内 橱核 磁 共 振 仪 2 ) 试剂 所用试剂和药品 均为化学纯或分析纯，除特别注明 外， 未经进一步处理。 硅胶h :青岛 海洋化工厂生产， 未加活化。 二氯亚讽:重蒸，收集7 3 - 7 4 馏分。 n 一 甲 基吗琳: 重蒸， 收集1 1 6 - 1 1 7 0c 馏分。 无水二氯甲 烷: c a c 1 2 干燥， 用前蒸出。 所用氨基酸均为l 构型:成都泰格化工研究所产品。 2 3 .2保护氨 基酸的 合成 n - t = 甲 基乙 am 的 合 成 【哄将1 g 的k 2 c o 3 溶 于1 2 .3 8 4 0 %甲 醛 溶 液， 然 后 加 入l o g 乙 酸 胺， 室温搅拌2 0 小 时， 减压蒸 干 后， 加 入丙 酮约1 0 0 m l ， 过 滤得丙酮溶液， 无水n a 2 s o ; 干燥后， 减压蒸干得无色油 状物， 放置一段时间 后 得 到 白 色 固 体 ， 产 率7 7 % o m .p .: 4 8 - 5 0 0c , m s ( m /z ) : 9 0 ( m % 8 0 ) . s 一 乙 酸 氨甲 基 - l 半 肤 氨 酸 的 合 成 6 11 : 将n -甲 基乙 酞 胺1 .9 5 8 8 ( 2 2 m m o l) 和半 肤 氨酸盐 酸盐3 . 1 6 8 ( 2 0 m m o l ) 溶于l o m l 水， 冰水浴 冷却， 2 0 分 钟后加 入浓盐酸1 .5 m l ， 恢复至室温反应， 通姚保护。 反 应用t l c检测， 约一天后 停止反应。 减压并在低于4 0 下蒸去溶剂得粗品。 用甲 醇一无水乙 醚重结晶即 可 得 到白 色固 体， 产 率6 5 % . m .p . : 1 6 1 - 1 6 3 c ， 文 献 傲1 5 9 - 1 6 3 0c ) n - b o 。 保护的 氨 基酸的 合成 通 法6 2 1 : 将5 0 m m o l 氨基酸加入到 二 氧六环 ( 1 0 0 m l ) 、 水 ( 5 0 m l ) 与l m o l/ l n a o h ( l o o m l ) 的 混 合 溶 液中 ， 搅 拌， 冰水 浴， 约半小时 后加入b o c 2 o , 1 0 分钟 后待其完 全溶解， 撤掉冰浴， 恢复到室温反应， t l c检测， 约两小时后停止反应， 减压浓缩至1 0 0 m l左右， 用1 m o u l h c l 水 溶 液 调p h到6 ， 冰 水 浴 冷 却 此 溶 液， 用1 0 % 柠 檬 酸 水 溶 液 调p h到2 - 3 ， 乙 酸 乙 酷萃取若干次， 水洗萃取液两次， 无水n a 2 s o ; 干燥后减压蒸干得到粗品， 用适当的溶剂重结晶后即可得到纯净的产物。 氨 基 酸甲 酷的 合 成 通 法 6 2 1 : 以c 氏o h 作 溶 剂， 冰 水 浴， 0 下 慢 慢 滴 加 1 .2 倍s o c l 2 ， 再加 入 氨基 酸， 室 温反 应过 夜， 蒸去溶 剂， 甲 醇 一 无水乙 醚重结晶。 2 .3 .3线性 肚的 合成 b o c - g lu - ( l e u - o m e ) - l e u - o m e l l a的 合成: 在 2 5 0 m l圆 底烧瓶中 加入 l - l e u - o m e .h c 1 8 .7 1 2 g ( 4 8 m m o l ) 和n 一 甲 基 吗 o w ( n m m) 5 .3 m l ( 4 8 m m o l ) , 以1 2 0 m l c h 2 c 12 做溶剂， 待 其完 全 溶 解后加入b o c- l - g lu - o h 4 .9 4 0 g ( 2 0 m m o l) ， 在。 下加入d c c 8 .6 5 2 g ( 4 2 m m o l ) o 0 下搅拌两个小时 后至 室 温 反应过夜。 减压浓缩除去大量溶剂， 过滤除去不溶的d c u 。 再向 滤液中 加入 1 5 0 m l c h 2 c 1 2 ， 依次 用1 m o l/ l h c l 水 溶 液、 饱和n a h c 0 3 水 溶液 洗涤， 再 用 饱和食盐水洗至中性， 无水 硫酸钠干 燥。 过滤， 减压蒸去溶剂得白 色泡状固 体。 乙 酸 乙 醋 重 结 晶 。 产 率8 8 % , m .p . 1 2 8 - 1 3 0 0c , h n m r ( s ， c d c 13 . t m s ) : 7 .9 9 0 ( 1 h , s , l e u - n - h ) , 7 .6 8 9 ( s , 1 h , l e u - n - h ) , 4 .9 8 3 ( s , 1 h , g l u - n - h ) 4 .5 5 5 - 4 .7 2 9 ( m , 2 h , l e u - a 均， 3 .9 3 7 ( s , i h , g lu - a 均， 3 .7 5 5 ( s , 3 h ， - c o o l 玩) ， 3 .7 3 4 ( s , 3 h , - c o o c h 3 ) , 2 . 1 9 3 - 2 .3 5 8 ( m , 2 h , g l u - y h ) , 1 .7 3 5 - 1 .8 7 5 ( d , 2 h , g l u - s h ) , 1 .4 7 2 - 1 .6 6 9 ( m , 6 h , - c h 2 c h ( c h 3 ) 2 ) , 1 .4 0 9 ( s , 9 h