（有机化学专业论文）磺酰胺型保护基及钴催化羟基的三甲基硅醚化反应研究.pdf

摘要 摘要 本文主要研究了磺酰胺类保护基保护胍基和氨基，以及c o c l 2 6 h 2 0 催化 h m d s 和羟基的三甲基硅醚化反应。 肽存在于每一个活细胞中，影响着生物体内许多重要的生理生化功能。几 十年来，多肽研究不断升温，大量具有生物活性的多肽被发现，在合成这些具 有活性的多肽时，保护基的选择必须与他们的合成策略相匹配，这就需要有更 多新的保护和去保护的方法。 论文中发明了一种利用吡啶2 磺酰基保护精氨酸的胍基的新方法。使用该 保护基保护精氨酸的胍基，只要一个吡啶一2 磺酰基就可以实现胍基的完全保 护。通过混合酸酐法和d c c 法，合成了三个全保护的二肽 ( c b z - a r g ( p y r ) - a l a - o m e 、c b z a r g ( p y r ) - t r p o m e 、c b z a r g ( p y r ) 一p i l e - o m e ) 和 一个全保护的三肽c b z - a r g ( p y r ) - g l y a s p ( o m e ) 一o m e ，缩合产率在7 0 以上。在 常温下，利用m g m e o h 能方便的脱除吡啶2 磺酰基，脱除产率高( 9 0 以 上) ，产物易于分离。 芳香磺酰胺的结构特征使之成为潜在的氨基保护基，但是，脱除这类保护 基往往需要剧烈的反应条件( 如n a n h 3 ) 。本论文发展了一种新的氨基保护基一 嘧啶2 磺酰基，在室温下，m g m e o h 能够方便的脱除该保护基。但是研究发 现，在保护氨基酸甲酯的6 t 氨基时，在脱除该保护基的过程中，氨基酸甲酯产 生消旋，所以限制了它在多肽合成中的应用。 本论文发明了一种有效的制备醇和酚的三甲基硅醚的方法，利用 c o c l 2 6 h 2 0 催化h m d s 和羟基的反应，反应速度快，产率高，试剂便宜，使用 该方法制备硅醚，产生唯一副产物氨气，所以产物容易分离。对比以前报道的 方法，该方法在制备萘酚和烯丙醇类硅醚时，反应条件更温和( 常温) ，产率更 高( 9 0 以上) ，反应速度更快。同时，本文发现，该方法不能使氨基硅醚化， 在氨基存在下，能选择性的制备醇、酚的硅醚。 关键词：吡啶2 磺酰基；精氨酸；嘧啶2 磺酰基；h m d s ；c o c h 6 h 2 0 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i st h e s i sf o c u s e do nn e ws u l f o n a m i d e t y p ep r o t e c t i n gg r o u p sa n dt h e t r i m e t h y l s i l y l a t i o n o fh y d r o x yg r o u pi nt h e p r e s e n c e o fc o b a l t ( i i ) c h l o r i d e h e x a h y d r a t e p e p t i d e sa r ep r e s e n ti ne v e r yl i v i n gc e l l ，p l a y i n gac r u c i a lr o l ei nf u n d a m e n t a l p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lf u n c t i o n so fl i f e f o rd e c a d e sn o w , p e p t i d e sr e s e a r c hi s ac o n t i n u o u s l yg r o w i n gf i e l do fs c i e n c ea n dal o to fb i o l o g i c a la c t i v i t yp e p t i d e sa r e f o u n d ，t h es e l e c t i o no fp r o t e c t i n gg r o u p sm u s tb ec a r r i e do u ti na c c o r d a n c ew i t ht h e s t r a t e g ye n v i s a g e df o rt h es y n t h e s i so ft h e s ep e p t i d e s ，s op e p t i d e ss y n t h e s i sn e e dm o r e a n dm o r en e wm e t h o d sf o rp r o t e c t i o na n dd e p r o t e c t i o no ff u n c t i o n a lg r o u p s a s i n g l ea r e n es u l f o n y lm o i e t yo f f e r sc o m p l e t ep r o t e c t i o no f t h eg u a n i d i n og r o u p ， c o n s e q u e n t l y , m e m b e r so ft h i sc l a s sb e l o n gt ot h em o s tc o m m o n l yu s e dg u a n i d i n o p r o t e c t i n gg r o u p s t h i s d i s s e r t a t i o n i n v e s t i g a t e d an e wm e t h o df o r g u a n i d i n o p r o t e c t i o no fa r g i n i n eb yt h ep y r i d i n e 一2 一s u l f o n y lg r o u p as e r i e so fa l l - p r o t e c t e d d i p e p t i d e sw e r es y n t h e s i z e du s i n gt h i sp r o t e c t i o ng r o u pb ym i x e da n h y d r i d em e t h o d a n dd c cm e t h o dw i t hh i 曲y i e l d ( o v e r7 0 ) w i t ht h em e r i to fl e s ss i d er e a c t i o n a c o m p l e t ep r o t e c t e da r g g l y a s p ( g d p ) t r i p e p t i d e w a sa l s o p r o d u c e db y t h i s p r o t e c t i o ng r o u p t h ep y n d i n e - 2 - s u l f o n y lg r o u p c a nb er e m o v e du n d e rm i l d c o n d i t i o n s ( m g m e o h ) 、析t l lh i 曲y i e l da n dp r o d u c ti se a s yt ob ei s o l a t e da n dp u r i f i e d a r e n es u l f o n y lg r o u p sf e a t u r es o m ep r o p e r t i e st h a tr e n d e rt h e mp o t e n t i a la m i n o p r o t e c t i n gg r o u p s ，h o w e v e r , r e m o v i n ga r e n es u l f o n y lg r o u p sn e e df o r c e f u lc o n d i t i o n s s u c ha sn a n h 3 t h i sd i s s e r t a t i o nd e v e l o p e dan e wa m i n op r o t e c t i n gg r o u p s - - t h e p y r i m i d i n e - 2 - s u l f o n y lg r o u pw h i c hc a nb er e m o v e db yt r e a t m e n tw i t hm g m e o h u n d e rm i l dc o n d i t i o n s h o w e v e r , w ef o u n da m i n oa c i dm e t h y le s t e r g e n e r a t e d m c e m i z a t i o n ，s ol i m i t e di t sa p p l i c a t i o ni np e p t i d e ss y n t h e s i s t h i sd i s s e r t a t i o nh a sd i s c o v e r e dam i l da n dh i g h l ye f f i c i e n tm e t h o df o rt h e t r i m e t h y l s i l y l a t i o no fa l c o h o l sa n dp h e n o l sw i t l lh e x a m e t h y l d i s i l a z a n e ( h m d s ) i nt h e p r e s e n c eo fc o b a l t ( i i ) c h l o r i d eh e x a h y d r a t ew i ma m m o n i aa st h eo n l yb y - p r o d u c t c o m p a r e dt h ea c t i v i t yo fc o c l 2 。6 h 2 0w i t ht h eo t h e rc a t a l y s t si nt h e n a b s t r a c t t r i m e t h y l s i l y l a t i o no f2 - n a p h t o lo rc i n n a m y la l c o h o l ，c o b a l t ( i i ) c h l o r i d eh e x a h y d r a t e i sam o r ee f f i c i e n tc a t a l y s tf o rt h et r i m e t h y l s i l y l a t i o no f2 - n a p h t o la n dc i n n a m y l a l c o h o li ng o o dt oh i g hy i e l d s ( o v e r9 0 1u n d e rm i l dc o n d i t i o n s t h i sm e t h o di s d e m o n s t r a t e dt ob eh i 曲s e l e c t i v e ，a m i n e sd i dn o tu n d e r g ot r i m e t h y l s i l y l a t i o n i ti s s u i t a b l ef o r t h ec h e m o s e l e c t i v et r i m e t h y l s i l y l a t i o no fa l c o h o l sa n dp h e n o l si nt h e p r e s e n c eo fa na m i n og r o u p k e yw o r d s ：p y r i d i n e - 2 - - s u l f o n y lg r o u p ；a r g i n i n e ；p y r i m i d i n e - - 2 s u l f o n y lg r o u p ； h m d s ；c o c l 2 6 h 2 0 i i i 常用的缩写 常用的缩写 符号 英文含义 中文含义 a 唱 a l a t r p g l y p h e a s p p ” r y m b o c t - b u b z l ，b n c a t d c c d m a p t h f d m f d c c d c u d i p p h e s i m s n m r h p l c h o s u t e a n m m t m s a r g i n i n e a l a n i n e t r y p t o p h a n e g l y c i n e p h e n y l a l a n i n e a s p a r t i ca c i d p y r i d i n e 2 s u l f o n y l p y r i m i d i n e 2 - s u l f o n y l t e r t - b u t y lc a r b o n o x y l b b u t y l b e n z y l c a t a l y s i s d i c y c l o h e x y l c a r b o d i i m i d e 4 - ( d i m e t h y l a m i n o ) 一p y r i d i n e t e t r a h y d r o f u r a n d i m e t h y lf u m a r a t e n n d i c y c l o h e x y l c a r b o d i i m i d e n n - d i c y c l o h e x y l u r e a d i i s o p r o p y lp h o s p h i t e e l e c t r o s p r a yi o n i z a t i o nm a s ss p e c t r o m e t r y n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y n - h y d r o x y s u c c i n i m i d e t r i e t h y l a m i n e n - m e t h y l m o r p h o l i n 精氨酸 丙氨酸 色氨酸 甘氨酸 苯丙氨酸 天冬氨酸 吡啶2 磺酰基 嘧啶2 磺酰基 叔丁氧羰基 叔丁基 苄基 催化剂 二环己基羰酰胺 4 一- c 7 = 二甲氨基) 吡啶 四氢呋喃 m 二甲基甲酰胺 二环己基碳二亚胺 二环己( 基) 脲 二异丙基亚磷酸酯 电喷雾电离质谱 核磁共振 高效液相色谱 羟基琥珀酰亚胺 三乙胺 氮甲基吗啡啉 t r i m e t h y l s i l y l 三甲基硅基 i v 常用的缩写 v 厦门大学学位论文原创性声明 本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均 在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学 术活动规范( 试行) 。 另外，该学位论文为() 课题( 组) 的研究成果，获得() 课题( 组) 经费或实验室的 资助，在() 实验室完成。( 请在以上括号内填写课 题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特 别声明。) 声明人( 签名) ： 年月日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办 法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交 学位论文( 包括纸质版和电子版) ，允许学位论文进入厦门大学图书 馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国 博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和 摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： () 1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 () 2 不保密，适用上述授权。 ( 请在以上相应括号内打“ 或填上相应内容。保密学位论文 应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密 委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权。) 声明人： 年月日 第一章绪论 第一章绪论 肽影响着生物体内许多重要的生理生化功能。它们作为神经递质、神经调节 因子和激素参与受体介导的信号传导，在激素调控、细胞免疫、信息传递等生命 活动中日益显示重要的生物功能。 随着对生物活性肽作用模式的了解日益增多，人们对其在药理和医学上的应 用产生了越来越浓厚的兴趣。在生化或医学病理的研究过程中，肽类化合物可作 为抗原产生抗体，也可作为酶的底物研究酶的活性部位，或作为酶抑制剂影响信 号传递。合成的小肽可调控蛋白蛋白分子间的相互作用，“肽切割法”可用于 对蛋白质的部分肽片断迸行研究。 肽合成的基本化学过程是由德国化学家e m i lf i s h e r 在l9 世纪末期发展起来 的，称为液相合成法。直到2 0 世纪5 0 年代一些具有实用价值的合成方法问世以 来，多肽的化学合成才得到迅速发展。1 9 5 3 年由d u v i g n e a u d 及同事们首次完成 了催产素的全合成，是多肽领域里划时代的成就。很快又涌现出一批非凡的合成 工作成果，如胰岛素、促肾上腺皮质激素、促胃液激素、胰高血糖素和一批具有 很大生物价值的其它多肽的合成。 1 9 6 3 年，m e r r i f i e l d 固相合成法以快捷简便的操作和高产率显示出了无可比 拟的优越性，为多肽研究开辟了广阔的天地，是多肽研究领域又一划时代的事 件，m e r r i f i e l d 教授由于这一卓越贡献荣获了1 9 8 4 年诺贝尔化学奖。 1 0 0 多年来，在多肽合成的方法上得到长足的发展，无论在缩合剂，保护基， 反应条件，还是产物的分离和纯化等方面都有新的改进和新的发现。另一方面， 随着越来越多的具有重要生物活性多肽的出现，化学家们所合成的分子的结构日 趋复杂，要求发展出更令人满意的保护基团和更有效的进行保护和去保护的方 法。 1 1 胪氨基保护 在多肽合成中，用过的氨基保护基很多，但归纳起来，可分为取代烷氧羰 基、酰基、烷基和有机磷试剂等。 第一章绪论 ( 1 ) 烷氧羰基类保护基 ( a ) 苄氧羰基( c b z ) 在肽合成中，引入苄氧羰基是现代肽化学的一个重要突破，这是目前最常用 的氨基保护基之一。它缩写为c b z ( 或者z ) 【1 - 2 1 ，是由贝尔格曼在1 9 3 2 年发现 的一种较早应用的氨基保护基。引入c b z 的方法是：自由氨基酸与氯甲酸苄酯l ( 苄氧羰酰氯) 在氢氧化钠和碳酸氢钠的存在下，在含水的有机溶剂中剧烈搅拌。 c b z 保护氨基酸的产率一般都很高，产品为结晶。油状物则与二环己胺成盐后结 晶析出。 趴1 。矿o + 吃 c 趴。y 2 y r n 0c o o h 图1 - 1c b z 保护氨基的常用方法 化合物2 及类似的活化苄基衍生物也可以用于导入该保护基。c b z 基的脱除 方法一般采用h b r 的醋酸溶液处理【3 巧1 或者催化氢解的方法脱去 6 1 。 由于苄氧羰基在保护氨基酸上所取得的成功，促使人们在苄氧羰基的苯环上 进行了一系列的取代，得到一系列的苄氧羰基类保护基。已报道的2 0 多种不同 取代的苄氧羰基保护基，主要是为了调节这些保护基对酸解试剂的敏感度。当苯 环上的氢被卤素或硝基等吸电子基团取代时，酸解速度降低。苄氧羰基保护基的 苯环在3 或4 位被卤素取代后，能提高对酸的稳定性，这可更好的区分b o c 和 c b z 。当苯环上的氢用烷基或甲氧基等给电子基团取代时，酸解速度则明显加快。 对甲氧苄氧羰基可在0 。c 以下用干燥的t f a 脱去而不影响c b z 。 ( b ) 叔丁氧羰基( b o e ) 叔丁氧羰基( b o o ) 和c b z 一样，也是目前肽合成中最重要的氨基保护基之 一。特别是在固相合成中，氨基的保护一般不用苄氧羰基而用叔丁氧羰基。b o c 的引入一般是用b o c - n 3 川、b o c c 1 8 1 、( b o o ) 2 0 、b o c o c 6 h 5 、叔丁氧甲酸间甲苯 2 删 r 卜 。 丫。 钆2 第一章绪论 l 巍净胁h 参乒从+ 叱k h 气啦一 图1 - 2b o c 保护氨基的常用方法 在多肽合成中，b o c 保护基可与大多数缩合方法匹配使用，它能在温和的酸 解条件下脱除，对催化氢化、碱性水解、钠液氨还原等条件下稳定。在0 左 右，无水三氟乙酸能平稳地脱除b o c ，是脱除b o e 的常用方法。 与苄氧羰基类似，人们对叔丁氧羰基的叔丁基进行了广泛的改造，并由此发 现了一系列比b o c 基对酸更稳定或更不稳定的保护基。用给电子基取代叔丁基的 甲基可得到比b o c 更易被酸脱去的保护基，如：联苯异丙氧羰基( b p o c ) 可用8 0 的乙酸脱去；a ，a 二甲基3 ，5 二甲氧基苄氧羰基( d d z ) 可用5 的t f a 一- - 氯甲 烷酸解脱去等。 ( c ) 芴甲氧羰基( f m o c ) f m o c 是一个具有广泛实用性的氨基保护基，这一氨基甲酸酯型保护基可在 温和的碱性条件下脱除。芴甲氧羰基( f m o c ) 保护的氨基酸对碱特别敏感【1 0 1 ， 用哌啶或二乙胺的d m f 溶液就可以脱除，释放出氨基。在室温下，使用的2 0 的哌啶d m f 溶液，仅用几秒钟便可以脱除f m o c 。 一般用f m o c c 1 t 1 1 1 、f m o c o s u 1 2 】引入f m o c 保护基。相对f m o c c i 来说， f m o c o s u 更容易控制反应条件，且副反应较少。在酸性条件下，f m o e 保护基 特别稳定，而对碱性条件则非常敏感，所以，在肽合成中，可以使用对酸敏感的 叔丁基型保护基对侧链进行半永久性保护。 ( d ) 其他烷氧羰基型保护基 烷氧羰基类保护基比较多，下面举一些代表性的例子。如：利用p d 亲核取 代脱除的烯丙氧羰基( a l o c ) 【1 3 1 、利用f 。脱除的三异丙基硅基乙氧羰基( t s o c ) t 1 4 1 、 用h f 脱除的二异丙甲氧羰基( d i p m o c ) 1 5 - 1 6 1 、用t f a 脱去的菠烷氧羰基 3 第一章绪论 ( i b o c ) 1 7 1 、用h b r h o a c 脱去的环戊氧羰基( p o c ) 1 1 8 1 、用h 2 p d 脱去的哌啶氧 羰基( p i p o e ) 掣1 9 1 。 ( 2 ) 酰基类保护基 ( a ) 酰胺型保护基 酰胺型保护基的代表有图1 3 ( r - h ) 的甲酰基f 2 0 】，它对无水酸仃f a 、 h b r h o a c 、h f 等) 【2 1 1 、催化氢解和n a 液氨稳定，但对h c l 的水或醇溶液敏 感。图1 3 ( r = c f 3 ) 的三氟乙酰基( t f a ) ，三氟乙酰基( t f a ) 是由1 9 5 2 年 w e y g a n d 最先引入的【2 2 】，它可以在比较温和的条件下脱去，在水或乙醇水溶液 中用0 1 o 2m o l ln a o h 处理或用l m o l l 哌啶溶液处理即可脱除。 图1 3 酰胺型保护氨基酸结构示意图 ( b ) 磺酰胺和亚磺酰胺型保护基 芳香酰胺的结构特征使之成为潜在的氨基保护基。对甲苯磺酰基( t o s ) 最 初由e m i lf i s c h e r 发现的，用于一些氨基酸的a 氨基或者侧链基团的保护。在 n a o h 或n a h c 0 3 存在下，用对甲苯磺酰氯很容易引入。t o s 很稳定，经得起酸 解( t f a 、h b 棚o a c 、h f 等) 、皂化、催化氢解等，只能用n a 液氨处理脱去。 在苯环上引入吸电子基，产生了一系列新的苯磺酰胺类保护基。如：邻硝基苯 磺酰基( o n b s ) 、对硝基苯磺酰基( p n b s ) 2 3 - 2 4 1 及d n b s t 2 5 1 、b t s l 2 6 1 ，这些保 护基可通过苯硫酚或巯基乙醇等脱除，并与b o c 和f m o c 型保护基正交。 ( c ) 亚磺酰胺型保护基 亚磺酰胺型保护基的代表是邻硝基苯硫基( n p s ) ，它是1 9 6 3 年由车尔伐斯等 人提出来的口7 1 ，它比b o c 更易酸解脱去，且导入试剂n p s c i 的合成比较方便， 价格也很便宜，可以直接与氨基酸反应生成n p s 氨基酸。n p s 比b o c 或叔丁酯 更易酸解脱去，可用h c i 惰性溶剂或硫醇脱去。 ( d ) 磷酰基保护基【2 8 】 4 第一章绪论 赵玉芬教授领导的生命有机磷实验室利用二异丙基磷酰基保护氨基酸，并应 用于l 丙氨酰l 谷氨酰胺的合成1 2 9 。二异丙基磷酰基的引入可以利用二烷基亚 磷酸酯和氨基酸在c c h 存在下合成磷酰化氨基酸。 f 1 h 2 0 。c c l 4 te h n h 2 n ，、c o o h 2 h +势h r 洲 图1 - 4t o d d 法合成磷酰化氨基酸 m e r c kr e s e a r c hl a b o r a t o r i e s 用n a c l 0 代替有毒的c c h ，使整个反应过程没 有引入有毒物质3 0 1 。 7 - - - 0 。，0 削飞r 。h 等鎏豇岛h r 。h 图1 5n a c i o 法合成磷酰化氨基酸 二异丙基磷酰基常采用三氟乙酸，甲磺酸，h b r 有机溶剂，h c v 有机溶剂等 条件脱除。 ( 3 ) 烷基类保护基 应用最广的烷基型保护基是三苯甲基( t n ) ，它在5 0 年代开始用于多肽合 成【3 1 。2 1 。三苯甲基很容易用酸脱去，如冰醋酸或5 0 醋酸水溶液，在3 0 c 处理 3 0r a i n 或回流数分钟即可脱去，这时n b o c 基和o t b u 基可以稳定存在，因而， 可以在b o c 基或t - b u 基的存在下选择性地脱去t r t 基。 1 2p 羧基保护 在多肽合成中，当羧基需要活化来进行接肽时，其它不反应的0 【羧基都存在 一个需要保护的问题。羧基被保护以后，除了可以防止在接肽反应中当羧基用 某些方法活化时，不需要活化的羧基也会被活化而带来的副反应以外，还有一个 能使氨基组分的氨基不能同羧基形成内盐而完全游离出来以便于同羧基组分反 应形成肽键的作用。在多肽合成中，一般通过成酯，有时也可用取代酰肼的形式 进行保护。根据脱去条件的不同，目前使用和研究过的羧基保护基大致可分为三 类：一类是可用碱皂化脱去的，如甲酯和乙酯等，它们在h f h o a c 、t f a 、h c l 5 第一章绪论 有机溶剂等酸性条件和催化氢解条件下稳定，只能用n a o h 或k o h 在有机水溶 液中皂化脱去。故不能与p h t 、m s o e 、f m o c 等碱敏感的基团连用；另一类是可 用酸脱去的，如丁酯、对甲氧苄酯和邻苯二甲酰亚胺甲酯等，一般用t f a 、 h b r h o a c 等酸脱去；第三类是除了能用酸或碱脱去外，还能用其它方法选择性 脱去，如苄酯能用催化氢解法脱去，对h c l 有机溶剂和三氟乙酸稳定，因而可 以选择性的脱去b o c 基而不影响苄基。三甲硅乙酯对催化氢解稳定，除了和甲酯、 乙酯一样，能用n a o h 皂化脱去，还能用氟化四乙胺脱去。在多肽合成中，要根 据其它基团所用的保护基来选择羧基保护基进行搭配使用。 在酸的存在此下，氨基酸可以同醇发生直接脱水反应成酯。这是一个平衡反 应，酸的作用一方面是与氨基酸的氨基形成盐而使羧基游离，另一方面是催化达 到平衡。所用的酸一般有h c l 、苯磺醚3 3 1 、对甲苯磺酸刚和多聚磷耐3 5 】等。 ( a ) r o h h c l 法 r o h h c l 法是上世纪c u r t i u s 和f i s h e r 等人创立和采用的一个比较古老的方 法，但直到今天仍然非常有效。它的优点是简单易行，产率和质量也比较好。一 般是将氨基酸悬浮于无水甲醇和乙醇中，通入无水氯化氢到饱和，氨基酸逐渐溶 解。如不溶时，可加热回流使之溶解。最后减压除去醇，即可得到氨基酸酯的盐 酸盐。 ( b ) r o h t s o h 法 将氨基酸在稍过量的对甲苯磺酸存在下与醇回流，产生的水则同苯或四氯 化碳共沸蒸馏不断除去，反应完全后得到氨基酸酯的对甲苯磺酸盐。加腾等人用 这个方法制得了2 0 种氨基酸的乙酯对甲苯磺酸盐的结晶，这是制苄酯的一个非 常通用的方法。 ( c ) 氯化亚砜法 将氯化亚砜同无水乙醇在低温下反应生成氯化亚硫酸酯，再使氨基酸酯化则 得到氨基酸酯的盐酸盐，这也是制备氨基酸甲酯盐酸盐的一个很常用的方法【3 6 】。 除了上述方法外，还有烯加成法【3 7 1 、转酯法【3 8 1 、重氮烷法【3 9 1 等。 1 3 侧链保护 氨基酸的活拨侧链官能团对于氨基或羧基的反应活性会产生关键的影响，在 多肽合成中，对那些会带来副反应的侧链官能团进行保护十分重要。氨基酸的活 6 第一章绪论 泼侧链主要包括：羟基、巯基、羧基、氨基、胍基、咪唑基、酰胺基，吲哚基和 硫醚基等。 ( 1 ) 胍基的保护 精氨酸的侧链胍基具有很强的碱性，在一般反应条件下，精氨酸的胍基通常 以质子化型进行保护，但由于精氨酸侧链不保护的肽水溶性较强，在有机溶剂中 的溶解度很低，不利于肽的合成，在产物的分离纯化上也有些困难。为了减弱胍 基的碱性并增大其在有机溶剂中的溶解度，一般仍采用胍基保护的方法。最理想 的是对侧链上的三个氮原子都进行保护，但大多数策略还是分别保护，尽管对强 碱性的胍基有很多种保护方法，但到目前为止，还没有一种理想的保护方法。 般的胍基保护基主要有硝基、氨基甲酸酯、芳香磺酰基等。 ( a ) 硝基 硝基是最常用的保护基之一，a r g ( n 0 2 ) 很容易由精氨酸与发烟硝酸加发烟 硫酸( 或浓硫酸) 在冰冷的条件下硝化【删或用k n 0 3 在h f 中0 硝化3 0m i n 得到【4 1 1 。a r g ( n 0 2 ) 对t f a 、h b r h o a c 及碱稳定，可用液体h f 、还原方法 ( z n h o a c 、电解等) ，或者h 2 p d 脱除。在酰化和脱除过程中，f 0 硝基精氨酸 易发生其他副反应。在保护的硝基精氨酸衍生物的活化过程中，已观察到内 酰胺生成以及随后的氨解反应( 如图1 6 ) 。 。h 一0 2 n h 、8 ，双_ 抒0 2 0 nn v n v 飞v 洲n 川、一x 二。旷1 - n n h0 n h v 图1 - 6 硝基精氨酸衍生物常见副反应 ( b ) 氨基甲酸酯型 氨基甲酸酯型一般是苄氧羰基1 4 2 j 和金刚烷氧羰基( a d o c ) 。c b z a r g ( c b z ) 一o h 只能与氨基组分的盐酸盐缩合得到肽衍生物，因为其他情况下，矿会进攻活化 的羧基而导致内酰胺的生成。不同取代的酽，胪双酰化衍生物生成内酰胺的倾 向很小，如c b z - a r g c b z ( 4 - n 0 2 ) 一o h 。旷，n 6 _ _ - ( 1 金刚烷氧羰基) 衍生物a d o c ， 可用c b z a r g o h 和氯甲酸金刚烷酯反应制备，然后在氢化裂解h 严- c b z 基后， 再引入不同的胪氨基保护基。然而，在这种保护模式以及胪b o c 衍生物的情 7 第一章绪论 况下，胍基仍然具有足够的亲核性而被酰化。已报道，在偶合过程中，没有被保 护的氮原子经酰化，发生大量的精氨酸残基转化为鸟氨酸残基的现象4 3 1 。在 脱保护过程中，则发生分子内分解。 ( c ) 芳香磺酰基型 单独的芳香磺酰基就可以实现胍基的完全保护，因此，这类保护基应用最广 泛。尽管使用芳香磺酰型进行矿单保护不能完全抑制内酰胺生成，但和h o b t 搭配使用，可以取得理想效果。对甲苯磺酰基( t o s ) 哗1 是最早的芳香磺酰类保 护基，它只能用无水h f 酸解或钠液氨还原脱除。通过在芳环上引入供电子基团， 对芳香磺酰型保护基的酸敏感性进行改造，发现一系列对酸敏感的保护基。例如： 对甲氧基苯磺酰基( m b s ) 4 5 1 、2 ，4 ，6 - - - 甲基苯磺酰基( m t s ) 脚】、4 甲氧基2 ，3 ， 6 三甲基苯磺酰基( m t r ) 4 7 1 、2 ，2 ，5 ，7 ，8 五甲基苯并吡喃6 磺酰基( p m c ) 【4 8 】 及2 ，2 ，4 ，6 ，7 五甲基苯并呋喃5 磺酰基( p b f ) 【4 9 1 。它们对酸的敏感性顺系为 t o s m b s m t s m t r p m c p b f 。目前p b f 是最好的保护基，已在固相合成中得到 了广泛的应用。 蒯r 、s 衍技衍 图1 7 芳香磺酰基型保护胍基 菏 ( 2 ) 侧链氨基的保护 在多肽合成中，氨基酸的侧链氨基是必须加以保护的，如赖氨酸和鸟氨酸。 与a 氨基保护基不同的是，侧链氨基的保护在肽链合成过程中并不需要选择性地 脱除，而只是在肽链的合成完成以后才除去，因此一般选择在脱除其它保护基时 都不被脱除的保护基。最早的保护基是对甲苯磺酰基( t o s ) ，它非常稳定，只有 用n a 液氨处理才能脱去。近年来，随着氨基酸保护基种类的发展，已较少使用 t o s 基来保护侧链氨基，而用较温和条件脱去的其它保护基，如：三氟乙酰基 8 r h n h n i o h h 一i “ 0 n h o ( 造 第一章绪论 ( t f a ) 、异丙烯基( a l o c ) 【5 m 5 、1 - ( 4 ，4 - - - 甲基2 ，6 二氧环己烯基) 乙基( d d e ) 5 2 - 5 3 】 等保护基。 ( 3 ) 侧链羧基的保护 在大多数情况下，天冬氨酸和谷氨酸的羧基都需要正交保护。天冬氨酸侧链 酯的主要副反应是通过相应的丁二酰亚胺中间体生成异天冬氨酰基肽，位于天冬 氨酸残基c 端的氨基酸氮原子进攻天冬氨酸侧链的酯基部分然后被亲核试剂开 环，生成a 天冬氨酰肽3 和p 天冬氨酰肽4 的混合物( 如图1 8 ) 。为了减少这 类副反应，一般选用苯羰基甲基、叔丁基、环己基和对硝基苄基等来保护天冬氨 酸的侧链羧基。在b o c 策略中，p 环己基酯a s p ( o c y ) n - i 有效抑制天冬酰亚胺的 形成，其应用已超过了苄酯，甚至在敏感的系列中也是如此。但在脱保护过程中， 长时间的强酸处理可能也会伴有生成天冬酰亚胺的环化反应。 少o r p g 崩p 旦i 。，r 99 p g 晚7 2 r 陶n ：r 图1 8 天冬氨酸成肽时常见的副反应 谷氨酸的侧链保护通常和天冬氨酸相同，但谷氨酸衍生物较不易于发生此 类环化反应。用h 2 s 0 4 催化，可在谷氨酸的羧基实现区域选择性酸催化酯 化，得到侧链酯保护的衍生物，这种单酯化合物可进一步和其他氨基保护试剂 反应，生成酽氨基甲酸酯保护的衍生物，这一方法也可用于天冬氨酸衍生物的 合成。 b 2 ，4 二甲酯3 戊酯被认为是一种新型的天冬氨酸侧链的保护基，可以抑 制副反应，尤其是用于固相合成中【剐。如果天冬氨酸和谷氨酸的侧链需要正交 保护，可有多种可行的选择：碱敏感的戊甲酯【5 5 1 ，可经p d 催化转化为一种合适 的亲核试剂而脱除的烯丙基酯( o a l ) 【5 6 】以及可被肼解脱除的d m a b 5 7 】。 ( 4 ) 巯基的保护 9 第一章绪论 半胱氨酸毓基的高亲核性，易氧化性以及酸性等特点，决定了它在整个合 成中需要一个选择性的半永久性保护基。 1 9 3 0 年，d uv i g n e a u d 在合成催产素时，利用苄基来保护巯基，娶苄基对酸 和碱都比较稳定，只能用n a 液氨还原脱去【5 引。这一保护基对于以后含胱氨酸或 半胱氨酸的肽的合成是一个重要的突破。但是脱保护时，条件太剧烈，会对长链 肽造成相当大的破坏，同时s 苄基保护的半胱氨酸残基特别易于消旋。为了提高 s 苄基型保护基的脱除效率，已将几种取代的苄基衍生物引入了肽化学。4 甲基 苄基【b z l ( 4 m e ) 1 5 9 】可被强酸或三氟乙酸铊脱除、4 甲氧基苄基( m o b ) 【删对酸更敏 感，它对t f a 或碘稳定，但可由煮沸的t f a ，h f ，n a 液氨等脱除、这一类型的 其它化合物已经发展为酸敏感的巯基保护基，但是大多数还是对酸太稳定，没 有得到实际的应用。 三苯甲基【6 1 1 在巯基乙醇、烷基亚磺酰氯等存在下，可由银盐、二价汞盐、碘 或t f a 脱除。由t f a 脱除可得到游离的巯基，这一点对合成结合于转运蛋白上 的肽抗原有特殊的用途。 赵玉芬教授实验室最近用苯甲酰甲基( p a c ) 【6 2 】保护半胱氨酸的巯基。使用当 量的n a h c 0 3 作为碱，微波辐射下在水相中合成苯甲酰甲基保护巯基的半胱氨酸 衍生物。该方法合成符合绿色化学要求，避免使用有害的有机溶剂，对环境友好。 产物直接从水相里面析出来，简化了分离纯化的步骤。苯甲酰甲基( p a e ) 可以利用 m g l 甲醇醋酸脱除，在脱去保护基时，条件温和，不会导致消旋。 ( 5 ) 咪唑基的保护 在多肽合成中，组氨酸几乎是所有氨基酸中最容易发生消旋的氨基酸，是最 难处理的氨基酸之一。如果其咪唑基不保护，则可能发生副反应，因为这些化合 物很易发生- 乙酰化。组氨酸易于消旋，是由于咪唑基7 c 氮原子参与的结果。 过去，咪唑基主要通过是以- 苄基衍生物的形式来进行保护，该方法的不足就 是脱除条件非常有限，而且同样易于消旋【6 2 】。后来发展了一些其它保护基，这一 问题才得以克服。如2 ，3 二硝基苯基1 6 4 1 ，它对酸稳定，可被2 巯基乙醇或肼解 脱除。氨基甲酸酯型( 如在b o c ，a d o e 等) 也可以保护咪唑基，它们对有机溶剂中 的h c l 稳定，b o e 保护的咪唑基衍生物可被h b r h o a c 、t f a 或液体h f 脱除。 a d o c 也可用t f a 脱除。 1 0 第一章绪论 芳香磺酰基作为咪唑保护基得到越来越多的关注，n i m _ 对甲苯磺酰基嘲作为 临时保护基经常与b o c 合用，它可用液体h f 等酸脱除。与已讨论过的芳香磺酰 基保护胍基一样，用供电子基团对芳环进行改造，可提高芳香磺酰基的酸敏感 性，4 甲氧基苯磺酰基和2 ，4 ，5 三甲基苯磺酰基在甲硫醚存在的条件下对t f a 不稳定。 ( 6 ) 羟基的保护 在液相肽合成时，丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸的侧链羟基一般不用保护，当这 些残基作为氨基组分时尤其如此。但当羧基被活化或缩合反应较慢以及羧基组分 过多时，也会发生副反应 6 6 1 。在固相肽合成中，使用大大过量的酰基组分，也可 导致部分d 酰化反应，尤其是对于酪氨酸残基，因为在碱性条件下，可以产生 高亲核性的酚负离子。 侧链羟基一般使用苄基型6 7 1 、叔丁基型保护基【6 8 j 、苄基可用催化氢化、n a 液氨、h b r 一- 氧六环等脱去。叔丁基能用h c i t f a 、t f a 或浓盐酸在0 c 处理 1 0m i n 等酸解条件除去。 此外，酰基【6 9 1 、环己基( c y ) 【7 0 1 、甲硫甲基( m t i l l ) 【7 l 】等都曾用于保护羟基。 o 三甲基硅基很容易水解脱去，只能用做暂时性的保护f 7 2 1 。 ( 7 ) 酰胺基的保护 谷氨酰胺和天冬酰胺的酰胺基团反应活性很低，一般不需要保护。但在肽合 成过程中，a s n 和g i n 的侧链酰胺有时会发生副反应，尤其是在以碳二亚胺为缩 合剂的条件下，主要副反应是天冬酰胺和谷酰胺的q 羧基被活化时容易发生分子 内的脱水反应生成腈基化合物【7 3 。7 7 1 。 1哎4h 堋 镑h e o c 、庸之、詹一妇、 图1 - 9 a s h 在d c c 活化时的副反应 为了避免上述副反应，同时，为了提高肽在有机溶剂中的溶解度。未保护的 酰胺基趋于生成分子内或分子间的氢键，因而会导致产物在有机溶剂中的溶解度 较低，而在含水溶剂中的溶解度较高。能被酸解脱除的取代- 苄基衍生物，很 第一章绪论 适于酰胺基的保护。- 甲氧基苄基或n - - 苯甲基保护基可通过a 氨基保护的天 冬酰胺或谷氨酰胺分别与苄醇或二苯甲醇反应直接得到。曾经还用过三甲氧基苄 基( t m b ) 、三苯甲基( t n ) 【7 8 1 、9 吨基( x a n ) t 7 9 1 、2 ，4 二甲氧苄基( d m b ) 删等来保护 酰胺基。 ( 8 ) 吲哚基的保护 在多肽合成中，色氨酸的吲哚环通常不需要任何保护。n 不被保护的色氨 酸，不管是作为氨基组分还是作为羧基组分，都可以适应多种合成条件。但是在 一些脱保护反应中，已观察到发生在吲哚环上的副反应。在酸解脱除叔丁基保护 基时，会在吲哚环的n 原子和环上其它位置发