（物理化学专业论文）氨基酸的保护和非天然氨基酸的设计与合成.pdf

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二氧六环，然 后把氨基和羟甲基氧化成酮，得到2 ，2 一二甲基一1 ，3 - 二氧六环一5 一酮，将其与吡 咯啉反应制得6 - ( n - 口l t 咯啉) 一2 ，2 - 二甲基一1 ，3 - 二氧杂环己烯一5 ( 化合物8 ) ； 用化合物4 与化合物8 反应，生成非天然手性氨基酸酯一l n 一乙酰基一1 3 一( 2 ，2 一 二甲基一1 ，3 一二氧六环一4 一烯一5 ) 一丙氨酸甲酯。用b o c 保护基把5 一氨基一5 一羟甲基 一2 ，2 一二甲基一1 ，3 一二氧六环的氨基保护起来，利用琼斯试剂，把羟基氧化合成另 外一种非天然氨基酸一5 一氨基一2 ，2 一二甲基一1 ，3 - 二氧六环基一5 一羧酸。 关键词：非天然氨基酸，氨基酸，肽键，保护，侧链，胍基，氨基，羧基，氢 解。氧化，丝氨酸，精氨酸，b o c ，f m o c ，p b f a b s t r a c t w en o to n l ys t u d yt h ep r o t e c t i o no fa m i n og r o u pa n dc a r b o x y lg r o u p ， b u ta l s os t u d yt h ep r o t e c t i o no fs i d ec h a i nf u n c t i o ng r o u po fa m i n oa c i d s ， i n c l u d i n g t h e p r o t e c t i o no f t h e h y d r o x y lg r o u pi ns e r i n ea n d t h e p r o t e c t i o n o ft h eg u a n i d y l g r o u pi na r g i n i n e a n dw es y n t h e s i z e d 2 ，2 ，4 ，6 ，7 - p e n t a m e t h y l d i h y d r o b e n z o f u r a n ( p b f ) ，2 ，2 ，4 ，6 ，7 - p e n t a m e t h y i - d i h y d r o b e n z o f u r a n 一5 一s u l f o n y lc h l o r i d e ( p b f e 1 ) ， a n dn 8 一f m o c n 。- p b f l - a r g i n i n e ( f m o c a r g ( p b f ) 一o h ) t h en o v e lc h i r a lu n n a t u r a la m in oa c i d sw e r es y n t h e s i z e d a f t e rt h e p r o t e c t i o no ft h ea m i n oa n dc a r b o n y lg r o u p s 。t h eb h y d r o x yo fl - s e r i n e w a sc h l o r i d i z e dt op r o d u c em e t h y ln a c e t y l b c h l o r o a l a n i n ea sa n i n t e r m e d i a t e a n o t h e ri n t e r m e d i a t ew a ss y n t h e s i z e db yp y r r o l i n er e a c t i o n w i t h2 ，2 - d i m e t h y l 一1 ，3 - d i o x a n e 一5 一o n e ，w h i c hw a sp r e p a r e db yc y c l j z a t i o n o ft r i h y d r o x y m e t h y l a m i n o m e t h a n ew i t h2 ，2 - d i m e t h o x y p r o p a n ef o l l o w e db y o x i d a t i o n t h et w oi n t e r m e d i a t e sw e r er e a c t e dt oy i e l dm e t h y ll n a c e t y l b - 4 一( 2 ，2 - d i m e t h y l i ，3 - d i o x e n e 5 ) a l a n i n e a n o t h e ru n n a t u r a la m i n oa c i d ， 5 - a m i n o 一2 ，2 - d i m e t h y l 一1 ，3 - d i o x a n e 一5 一c a r b o n y la c i dw a ss y n t h e s iz e db y o x i d a t i o no fb o cp r o t e c t e d5 - a m i n o 一5 一h y d r o x y 一2 ，2 - d i m e t h y l i ，3 - d i o x a n e k e y w o r d ：a m i n oa c i d ， u n n a t u r a la m i n oa c i d s ，p e p t i d eb o n d s ， p r o t e c t i o n ，s i d ec h a i n ，a m i n og r o u p ，c a r b o x y lg r o u p ，q u a n i d y lg r o u p ， l - s e r i n e ，l a r g i n i n e ，h y d r o g e n 0 1 y s i s ，o x i d a t i o n ，b o c ，f m o c ，p b f 2 第一部分氨基酸的保护 第一章绪论 蛋白质是生命体中含量最丰富，功能最重要的一类生物大分子。它存在于所 有的生物细胞中，约占细胞干的5 0 以上。蛋白质是由各种不同的氨基酸连接起 来构成的，一般将几十个氨基酸组成的蛋白质片断称作多肽。所以氨基酸是蛋白 质和多肽的结构单元分子。虽然蛋白质种类很多，但是所有蛋白质都是由2 0 种 基本氨基酸构成的，一般称为标准氨基酸( 自然界中游离存在的氨基酸有3 0 0 多种) 。氨基酸可按氨基取代的位置不同，区分为q ，b ，y ，氨基酸，而 蛋白质内的氨基酸都是n 一氨基酸或n 一亚氨基酸。根据氨基酸侧链的性质，可以 将2 0 种基本氨基酸分为以下几类： ( 1 ) 肪烃基的氨基酸 、儿地且洲丫明人人儿明 n h 2n h 2n i - 1 2 q h 2 a l a 丙氨酸g i y 甘氨酸l t u 亮氨酸l i e 异亮氨酸v a l 缬氮酸 ( 2 ) 有羟基和硫的氨基酸 n h 2 n i - 1 2 c y s 半胱氨酸 m e t 蛋氨酸 ( 3 ) 有芳基的氨基酸 伽叫 l 虱j n h 2 o ho 天少渊 - n h ， t h r 苏氨酸 p h e 苯丙氨酸t r p 色氨酸t y r 酪氨酸 ( 4 ) 有碱性基团的氨基酸 刚人n h 科t 0 叫多t o o n a r g 精氨酸h i s 组氪酸 ( 5 ) 有酸性基团的氨基酸 0 o 伽h 。w 明 - a s p 天门冬氨酸 n - - 1 9 g l u 谷氨酸 0 h 2 n v 八明 - n h ， l j y s 赖氨酸 4 盖 八 o o斗 ( 6 ) 有酰胺基的氨基酸 h ：n 、可，、# 。hh：nwo o 。h o n h 2 a s h 天门冬酰胺 ( 7 ) 环状的氨基酸 0 h n h ? g i n 谷氨酰胺 p r o 脯氨酸 这2 0 种氨基酸中只有脯氨酸是n 一亚氨基酸，其余都是n 一氨基酸。 随着生命科学的迅速发展，对一些生命现象的研究已经进入了分子水平。 生物大分子的结构与功能，生物分子内和分子间的相互作用机制，生命过程中复 杂的变化及其调控作用的分子机制和化学本质等许多带根本性的问题，已经摆在 化学家们的面前。这既是一种挑战，同时又是一个重要的机遇，使生命科学和化 学能在更深的层次上密切结合，相互促进，共同发展。 l - 1 我国氨基酸类药物的发展情况 氨基酸还可作为葡萄糖的基质，氮的载体，神经递质，并与蛋白质转变，酶 活性和离子通量调节有关。在2 0 种氨基酸中，有8 种人体内不能合成，需外源 供给，称必需氨基酸。精氨酸与组氨酸体内虽能合成，但量不足，若长期得不到 供应，也会造成负氮平衡。与脂质类和糖类相比，非必需氨基酸在体内的储存量 也较低。因此，氨基酸的损耗偏多和供应不足均极易引起临床症状，需及时补充。 人类对氨基酸的需求极为广泛，在医药领域的应用也日益发展。 中国药典收载的氨基酸类药物品种，1 9 5 3 年版和1 9 6 0 年版为零；1 9 7 7 年版有4 种；1 9 8 5 年减为3 种；1 9 9 0 年版增为5 种；1 9 9 5 年版增为1 2 种；1 9 9 8 年又增补至2 6 种“1 。现行的2 0 0 0 年版收载了1 9 9 5 年版增补后的全部，即原料 药2 2 种，制剂4 种。原料药包括除谷氨酰胺和天门冬酰胺外所有组成人机体蛋 白质的氨基酸或其盐类制剂则为谷氨酸片，谷氨酸钠注射液，谷氨酸钾注射液及 精氨酸注射液。1 9 9 8 年国家卫生部颁布的生化药品标准中的氨基酸类，除已收 入中国药典2 0 0 0 年版外，还有门冬氨酸钾口服液，复方氨基酸注射液，盐 酸赖氨酸颗粒等9 种制剂。近来，国家药品监督局已颁布标准的品种有甲硫氨酸 片等，待颁布的有复方氨基酸颗粒，复方赖氨酸颗粒，胱氨酸及门冬氨酸钾镁片。 我国氨基酸类药近1 0 年虽发展迅速，但与发达国家相比较，无论在品种，产量 或开发能力上，均有较大差距，不能满足市场需求。目前，我国进口的近2 0 0 种生化药中，氨基酸类约占1 4 ，其中制剂品种略多于原料药，制剂中近一半为 大输液。这也说明我国氨基酸类药有着广阔的发展前景。 1 2 氨基酸的保护 化学合成蛋白质和多肽的任务就是如何把各种氨基酸单位按照天然物的氨 基酸排列顺序和连接方式连接起来。由于氨基酸在中性条件下是以分子内的两性 离子形式存在，因此，氨基酸之间直接缩台形成酰胺键的反应在一般条件下是难 毋 于进行的。氨基酸酯的反应活性较高，在1 0 0 c 下加热或室温下长时间放置都能 聚合生成肽酯，但反应并没有定向性，生成各种任意顺序的混合物。因此，为了 得到具有特定顺序的合成多肽，采用任意聚合的方法是行不通的，而只能采用逐 步缩合的定向合成方法。一般如下式所示，即先将不需要反应的氨基或羧基用适 当的基团暂时保护起来，然后再进行连接反应，以保证合成的定向进行。 上式中的x 和q 分别为氨基和羧基的保护基，它不仅可以防止乱接副反应的发 生，还具有能消除氨基酸的两性离子形式并使之易溶于有机溶剂的作用。q 在有 的情况下也可以不是共价连接的基团，而是由有机强碱( 如三乙胺) 同氨基酸的 羧基氯离子组成的有机阳离子。y 为一强的吸电子基团，它能使羧基活化而有利 于另一氨基酸的自由基对其活化羧基的羧基碳原子进行亲核进攻生成酰胺键。由 此所得的连接产物是n 端和c 端都带有保护基的保护肽，要脱去保护基后才能的 得到自由的肽。如果肽链不是到此为止，而是还需要从n 端或c 端延长肽链的话， 则可以先选择性地脱去x 或q ，然后再同新的n 保护氨基酸( 或肽) 或c 保护的 氨基酸( 或肽) 进行第二次连接，并依次不断重复下去，直到所需要的肽链长度 为止。对于长肽的合成来说，一般有逐步增长和片段缩合两种伸长肽链的方式， 前者是由起始的氨基酸( 或肽) 开始，每连接一次，接长一个氨基酸，后者则是 用n 保护肽同c 保护肽缩合来得到两者长度相加的新的长肽链。 对于合成含有谷氨酸，天冬氨酸，赖氨酸，精氨酸，半胱氨酸等等带侧链功 能团的氨基酸的肽来说，为了避免由于侧链功能团所带来的副反应，一般也需要 用适当的保护基将测链基团暂时保护起来。 对于多官能团化合物，如欲在其某一反应部位选择性地完成一个化学反应，则必 须对其它的反应部位加以暂时性的封闭。为此目的，已经发展了，并正在继续发 展着很多保护基团。一种保护基必须符合若干要求： 它须能以高收率选择性地进行反应，生成受到保护的基质，而这被保护了的反 应基质还必须对所欲进行的化学反应保持稳定； 该保护基团尚须能被选择性地以高收率脱除； 为将其脱下所用的试剂应该容易得到，最好还是无毒的，而且不致影响脱去保 护基后所再生的那个官能团。 保护基应形成一种晶状衍生物( 不产生新的手性中心) ； 该衍生物以及将来脱除保护基后的产物都应该易于从附带生成的副产物中分 离出来。 为了避免引入额外的反应部位，保护基的附加官能团性质应是最低的。 1 2 1 氨基的保护 胺类化合物对氧化和取代等反应都很敏感，为了使分子其他部位进行反应时 氨基保持不变，通常需要用易于脱去的基团对氨基进行保护。例如，在肽和蛋白 质的合成中常用氨基甲酸酯法保护氨基，而在生物碱及核苷酸的合成中用酰胺法 保护含氮碱基“。下面介绍保护氨基的一些主要方法和基团。 1 2 1 1 形成酰胺法 将胺变成取代酰胺是一个简便而应用非常广泛的氨基保护法。单酰基往往足 以保护一级胺的氨基，使其在氧化，烷基化等反应中保持不变，但更完全的保护 则是与二元酸形成的环状双酰化衍生物。常用的简单酰胺类化合物其稳定性大小 刚 ，一 ，唧瑚 一 唧 r 唧州n上 顺序为甲酰基( 乙酰基( 苯甲酰基。 酰胺易于从胺和酰氯或酸酐制备，并且比较稳定，传统上是通过在强酸性或 碱性溶液中加热来实现保护基的脱除。由于若干基质，包括肽类，核苷酸和氨基 糖，对这类脱除条件不稳定，故又研究出了一些其他脱除方法，其中有甲酰衍生 物的还原法，甲酰基以及3 - ( 对羟苯基) 丙酰基衍生物的氧化法，苯酰基和3 一 ( 对羟苯基) 丙酰基衍生物的电解法，卤代酰基，乙酰代乙酰基以及邻硝基，氨 基，偶氮基或苄基衍生物等“辅助脱除法”，等等。 这些化合物对于温和的酸水解反应的活性随取代程度的增加而增加：乙酰基 ( 氯代乙酰基( 二氯乙酰基( 三氯乙酰基( 三氟乙酰基0 3 。此外，在核营酸合成 的磷酸化反应中，胞嘧啶，腺嘌呤和鸟嘌呤中的氨基是分别由对甲氧苯酰基，苯 酰基和异丁酰或2 一甲基丁酰基给予保护的，这些保护基是通过氨解脱除的“3 。另 外，伯胺能以酰胺的形式加以保护，这就防止了活化的n 一乙酰氨基酸经过内酯 中间体发生外消旋化。 ( 1 ) 甲酰衍生物 胺类化合物很容易进行甲酰化反应，常常仅用胺和9 8 的甲酸制备。甲酸乙 酸酐也是一个有用的甲酰化试剂。对于某些容易发生消旋化的氨基酸可用甲酸和 n ，n 一双环己基碳二亚胺( d c c ) 在零度时进行甲酰化反应“1 ，也可用酯类进行氨 解。 9 8 h c 0 2 h ，a c 2 0 $ c h c d - r c h c o 2 51 b , 7 8 一9 0 j n h 2n h c h o 此甲酰胺对于酯基的皂化条件相当稳定。 h c o o h , d c c i h , r c h c o ，t - b u n h ， r f h c 0 2 t - b l n h c h o q 炜一9 0 泐 以此法制备丁基氨基酸酯的n 一甲酰衍生物时，外消旋化的程度最低脚。 o r - 9 - 毋+ 【h c 0 2 h + e f 。一n ( c h 2 ) 3 n m 叫c 气( h c o h o n h g - d ( r 一口i c 0 最 柚 n h c h o ( 6 5 9 6 ) c h 2 ( c 0 2 r ) 2 坚h o n 一唧灿掣h c o n h c h ( c ： h o a c r _ m e e t 1 0 3 制备a 一氨基酸的一个重要的常用方法是丙二酸酯经亚硝化，还原并甲酰化，再 将所得n 一甲酰酯进行烷基化便可得到“”。芳香胺在进行硝化反应时是采用甲酰 基保护 1 2 3 。 h c 0 2 h ，l h l o 1 1 0 s 0 2 c 1 2 o n i - 1 3 h 2 0 9 5 - 1 0 0 甲酰基的脱除也有很多方法，氧化或还原法脱酰反应均可被采用。n 一甲酰衍 生物用1 5 过氧化氢水溶液处理，可以顺利地进行氧化脱解1 。用氢化钠在二甲 氧基乙烷中回流可以代替用酸或碱水解去除酰基“。 ( 2 ) 乙酰基及其衍生物 胺类化合物的乙酰化或取代乙酰衍生物是用酰氯，酸酐进行酰化或在二环己 基碳二亚胺( d c c ) 或焦亚磷酸四乙基酯存在下，直接与酸综合加以制各“，有 时也可用酯或硫酯氨解的方法；制备乙酰胺另一好的方法是用胺和乙烯酮。6 1 或异 丙烯乙酸酯反应。如果用双烯酮“”反应，则得到的是乙酰乙酰基衍生物。 在进行亲电取代，硝化，卤代等反应时常选择乙酰基来保护芳香胺。乙酰胺 丙二酸酯也可用于合成a 一氨基酸，但在脱乙酰基时所需的酸或碱性条件，可使 分子内其他部位受影响。在脱去氨基糖上的乙酰基时，也可用肼解反应代替碱性 水溶液。 c h 3 c o 2 c - h # d m fh o ( c h 2 ) n h c o c h 3 0 8 , - 9 1 ) j z - - i 4 , 1 1 h o ( c h g n n h 2 - - - - - - 罗ch，c02(c蝌c呱(75-87c,8013 hm ，一1 9 i r n h a + r i r 2 n h + ( c h 3 c o ) 2 0 1 8 一冠- 6 e t a n r t r a r c o c h 3 ( 9 8 ) 2 0 伯胺与1 8 一冠一6 形成络合物可使仲胺被选择性地加以酰化。 h 0 n h 2 竺型! ! ! 堂2 肼h o n h c o r 胞嘧啶核苷衍生物1 一羟基苯并三氮唑 ( 8 5 9 旧8 ) 2 51 8- 2 4 h 一。 r = c h 3 ，p h 2 1 3 乙酰基的一个新用途是使烷基反应发生在含氮杂环本来不够活泼的位置上。 一a 产 n a 0 h c o c h 3 【2 2 】 近年来用卤代乙酰基尤其是三氟乙酰基保护n - h 键越来越得到重视，这个保 护基可在温和的碱性条件下水解去掉，如用氨水，碱性离子交换树脂等。”，肽类 上的三氯乙酰或三氟乙酰均可用硼氢化钠还原去掉。三氟乙酰基不仅用于肽的 合成，而且也用氨基糖类的保护。 r i 叫 一忆 n i c 0 c h 3c h 3 o n h 2c h 3 f 2 5 】 在淄体，苷类合成中也有一些应用三氟乙酰基的重要事例，它既可以保护淄体上 的氨基啪1 ，也可以保护糖上的氨基”1 。 r r 2 n h + c h c 0 2 e t e t 3 n c h 2 0 h ) r 1 r z n c o c f 3 ( 7 5 朴9 5 ) f 2 8 1 r n h 2 + r 1 r 2 n h + ( c f 3 c o ) 2 0 1 8 - 冠一6 e t 3 n删唧3 【2 9 】 ( 3 ) 苯甲酰基及有关衍生物 胺的苯甲酰化和取代苯甲酰衍生物常用酰氯s c h o t t e n b a u m a n n 反应制备， 用焦亚磷酸四乙基酯进行混合酸酐法也可得到非常好的结果。除了一篇报道用电 解脱除外，其他都是用酸或碱水解脱除。用苯甲酰类作保护基，一般不及用甲 酰，乙酰保护方便，除非是苯甲酰类对水解稳定，而其某些优越之处在于核苷酸 类保护基上的应用。 r 1 r 2 n h + p h c o c id 塑r i r 2 n c o p h ( 高收率) 【3 l 】 r n h + r 1 r # h + p h c o c l 堡超= 0r l r 2 n c o p h ( 9 4 ) e t 3 n 【3 2 】 r i r 2 n h + p h c o c n 专；& r i r 2 n c o p h ( 收率定量) r i r 2 h = 核苷 3 3 1 r 1 r 2 n h + p h c o c f ( c f 3 ) 2 卫婴望r i r 2 n c o p h ( 高收率) 2 5 0 c ，3 0 m i n t m e d a = m e 2 n ( c h 2 ) 2 。2 【3 4 】 胞嘧啶核苷+ r c 0 2 c r 扎呻- n 。专急r r y c o p h ( 8 5 - 9 8 ) r = p h ；c h 2 ：h o b t = i 一羟基苯并三氮唑 【3 5 】 胞嘧啶核苷在温和条件下与活泼的酯以及催化量的h o b t 发生选择性的一n h 保护 作用。 ( 4 ) 环状酰皿胺衍生物 环状酰亚胺衍生物非常稳定，很宜用于保护一级胺和氨，但非环状的酰亚胺 己证明过分活泼而不宜用作保护基。在环状酰亚胺衍生物中，琥珀酰胺衍生物的 应用较有限，仅用于青霉素的合成和芳香胺的硝化。现最受重视的还是邻苯二甲 酰亚胺，用邻苯二甲酰驻胺的钾盐进行烷基化以制备纯的一级胺，是应用已久的 9 著名的g a b r i e l 氏合成法，不过，现对此法已做了许多改进。 为了保护一级胺，可将胺和丁二酸酐或邻苯二甲酸酐在1 5 0 2 0 0 度共热，引 进丁二酸基或邻苯二甲酰基，在不太强烈的条件下形成非环的单酰胺( 酰胺酸) ， 用混台的脱水剂，如乙酰氯或亚硫酰氯处理时，通常可转化成环状酰胺。也可将 胺与酸酐在苯或甲苯中与三乙胺回流，反应过程中生成的水用共沸蒸馏除去。 明c o c h 2 c h 2 c o o h + 。一篆妒 r n i t 2 + 酞酐景龇岭 r n h 2 核苷 r - 0 ( c h 3 c o c ) q h c o c l 等同上 r - n h 2 = 氨基酸 【3 8 】 r n i 2 + n 一( c 0 2 e t ) 酞酰亚胺一n a 2 c 0 3 5 婆 2 5 0 c 1 0 1 5 m i n r - n h 2 = 氨基酸 0 【3 9 】 用酸加热的方法水解邻苯二甲酰类衍生物，或先用碱后用酸分两步进行水 解，这样反应条件可以不必太剧烈，而肼解法比这两种方法都好，因为其所需的 反应条件可以更温和，甚至有时可以在室温下进行，得到2 ，3 一二氮杂萘一1 ，4 一双 酮的铵盐。 1 2 1 2 氨基甲酸酯型衍生物 在肽合成中，将氨基甲酸酯用作氨基酸的保护基，从而将外消旋化拟制到最 低限度。此外使用非极性溶剂，尽量少的碱和低的反应温度以及使用氨基甲酸酯 保护基( r = o - 烷基和o 芳基) ，都是有效的措施。 当需要选择性的脱去保护基时，用此类基团对氨基进行保护很为适宜，其中 最有用的几种氨基甲酸酯有：特丁酯( b 0 c ) 容易通过酸性水解反应脱除；苄酯 ( c b z ) 通过催化氢解反应脱除；2 ，4 一二氯苄酯能在氨基甲酸苄酯和特丁酯的酸 催化水解条件下保持稳定；2 一( 联苯基) 异丙酯比氨基甲酸特丁酯更容易为稀醋 酸所脱除：9 - 芴甲基酯在碱存在下经由b 一消除反应裂解；异烟基酯在醋酸中用 锌还原裂解；卜金刚烷基酯易被三氟乙酸裂解；2 - 苯基异丙酯对酸性水解的稳定 性比氨基甲酸特丁酯稍强。但应该注意，叠氮甲酸特丁酯由于对热和震动敏感， 故有一定的危险性，只要有可能，叠氮甲酸酯应避免使用。形成氨基甲酸酯的通 法如下： 1 0 硝i i 甜 卜 一 史9 ” 0 n ， r i r 2 n l t + r 1o c o x _ + r 1 r 2 n c o o r x = c 1 ，氯代甲酸酯 x = n 3 ，叠氮甲酸酯 x ：- r ，碳酸酯 x _ 一o c 6 h 4 - o n 0 2 ，碳酸混酯 x = o c o o r ，双碳酸酯 ( 1 ) 苄氧羰基( z ) 苄氧羰基虽然是1 9 3 2 年由b e r g m a n n 发现的一个很老的氨基保护基，但直 到今天还在普遍地应用。其优点在于： 试剂的制备和保护基的导入都比较容易。 n 一苄氧羰基氨基酸和肽易于结晶而且比较稳定。 苄氧羰基氨基酸在活化时不易消旋。 能用多种温和的方法选择性地脱去。 除z - l e u 为油状物外，绝大多数氨基酸的苄氧羰基衍生物都可以得到结晶。有的 n 一苄氧羰基氨基酸能同它的钠盐按一定比例形成结晶，共晶产物的熔点较高，并 难溶于有机溶剂。例如，苯丙氨酸经苄氧羰基化后再加酸析出z - p h e 时往往得到 共晶产物( 熔点1 4 4 ) ，此共晶产物用乙酸乙酯和1 nh c l 一道震摇时可完全转 化为z - p h e 而溶于乙酸乙酯中。因此，除z - g l y 和z d 卜s e r ( b z l ) 以外，一般都 是采用酸化后用有机溶剂抽提的方法来得到纯的n 一苄氧羰基氨基酸。 ( 2 ) 取代的苄氧羰基 由于苄氧羰基在保护氨基上所取得的成功，促使人们在苄氧羰基的苯环上进 行了一系列的取代，并从而得到了一些具有与苄氧羰基不同的选择性脱去或其它 优点的取代的苄氧羰基。 苄氧羰基的苯环上用卤素或硝基取代后，不仅可以提高对酸的稳定性，而且 其衍生物有时更易结晶。例如，z - l e u 不能结晶，而z ( c 1 ) 一l e u 和z ( b r ) 一l e u 都能得到结晶。z ( n 0 2 ) 基虽然比苄氧羰基难于酸解，但却更易催化氢解。即使还 原困难的胱氨酸衍生物的z ( n 0 2 ) 基也能还原除去。不过氢解生成的对甲苯胺除 去比较困难。此外，z ( n 0 2 ) 基在2 6 5 毫微米波长处有强的吸收，对苯偶氮苄氧羰 基显黄色，对甲氧苯偶氮苄氧羰基显橙黄色，这对于带有这类保护基的肽的分析 和签定也有可用之处。 ( 3 ) 叔丁氧羰基( b o c ) 除苄氧羰基外，叔丁氧羰基( b o c ) 也是目前多肽合成中广为采用的氨基保 护基，特别在固相合成中，氨基的保护多不用苄氧羰基而用叔丁氧羰基。叔丁氧 羰基具有以下的优点。 o b o c 一氨基酸除个别外都能得到结晶。 易于酸解除去，但又具有一定稳定性，b o c - 氨基酸能较长期保存而不分解。 酸解时产生的叔丁基阳离子再分解为异丁烯，它不会带来副反应。 对碱水解和肼解都稳定。 叔丁基羰基对催化氢解稳定，但比z 基对酸要敏感得多。 当b o c 和z 基同时存在时，可以用催化氢解脱去z 基，b o c 保持不变，或用酸解 脱去b o c 而z 基不受影响，因此两者都能很好搭配。由于b o c 基对酸敏感，因此 在合成过程中用到酸洗或酸溶解等操作时，为了保险起见，可不用稀盐酸而用 1 0 柠檬酸或者在低温条件下进行。 ( 4 ) ( r 1 r 2 r 3 ) c o c o 一 由于叔丁基羰基的成功，促使人们对叔丁基羰基的叔丁进行了广泛的结构改 变，并由此发现了一系列比b o c 基对酸稳定或更不稳定的保护基。由于b o c 基的 酸解是通过叔丁基正碳离子的中间产物，因此，将联结在叔碳离子上的甲基用给 电子基团取代，必将有利于叔碳离子的形成而提高酸解的速度。叔戊氧羰基( a o c ) 和金刚烷氧羰基( a d o c ) 对酸的稳定性和b o c 基相近，但比b o c 基有更大的亲脂 性。a d o c 衍生物在有机溶剂中具有较大的溶解度，因此在肽合成中采用a d o c 保 护精氨酸和组氨酸的侧链基团是很有好处的。 ( 5 ) 芴甲氧羰基( v m o c ) 芴甲氧羰基( f m o c ) 同前面讲过的各种烷氧羰基不同，它对酸稳定，但能用浓 氨水或二氧六环一甲醇一4 nn a o h ( 3 0 ：9 ：1 ) 以及用哌啶，乙醇胺，环己胺，1 ，4 一 氮氧六环，吡咯烷酮，d b u 等胺类的5 0 - - - 氯甲烷溶液脱去。叔胺( 如三乙胺) 的脱去效果较差，具有空间位阻的胺的脱除效果最差。此外，还可用带有环状仲 胺基团的不溶的高分子试剂在室温下处理脱去。芴甲氧羰基可与酸脱去的保护基 搭配而用于液相和固相的肽合成。芴甲氧羰基磺化后得到2 一磺酸芴甲氧羰基， 它也用于固相肽合成中作为氨基保护基。 1 2 1 3 尿素型化合物 将胺做成尿素型化合物加以保护比将氨基做成氨基甲酸酯加以保护较为少 见。在合成磺胺时，用n ，n 一二苯基尿素作为原料，可代替苯胺的酰基衍生物。 近年来常采用哌啶羰基保护组氨酸中眯唑环上的n - h 键m 。 n 一对甲苯磺酰胺羰基衍生物( r 7 r ”n c o n h s 0 2 c 6 h 4 一p c h 3 ) 也是尿素型衍生 物，由氨基酸与异氰酸对甲苯磺酰酯制得，收率2 0 一8 0 9 6 ，用醇类裂解( 9 5 乙 醇水溶液，n - p r 明或n b u o h ，1 0 0 ，l h ，收率9 5 ) 。它对稀碱，酸( h b r h o a c 或冷的三氟乙酸) 以及肼都是稳定的1 。 1 2 1 4 形成n 一烷基衍生物的保护法 用烷基保护氨基主要是用苄基或三苯甲基，这些基团特别是三苯甲基的空间位 阻作用对氨基可以起到很好的保护作用，并且很容易除去。 ( 1 ) 苄基衍生物 单和双苄基衍生物通常是用胺和苄氯在碱存在下进行制各。用选择性的催化 加氢法可将双苄基变成单苄基衍生物，一级胺的苄叉衍生物进行部分氢化反应是 一个制备烷基苄基胺或芳香苄胺的常用方法。用苄胺进行亲核取代反应，可引入 一个氨基( 保护形式) ，然后在反应后期去掉苄基。 ( 2 ) 三苯甲基衍生物 三苯甲基衍生物可用三苯甲基溴代物或氯代物在碱性存在下与胺进行反应制 备，也可用催化剂加氢还原脱掉；三苯甲基与苄基不同在于，它可以在温和的酸 性条件下脱去，这方面双一( x t 甲氧基苯基) 一甲基有类似情况，单一对甲氧基代 三苯甲基则对酸更不稳定。 ( 3 ) 烯丙基衍生物 烯丙基胺用于保护咪唑环上的n h 键。在k 2 c 0 3 存在下腺嘌呤和6 一羟基嘌呤 与烯丙基溴在n ，n 一二甲基乙酰胺中可得9 一烯丙基衍生物，而在碱性条件下，可 将保护基氧化除去m 1 。 r l r 2 n h + c h 2 = c h c h 2 b r 丘q hr 1 r 2 n c h 2 c h = c k z 1 2 1 5 形成c = n 键保护氨基 酮或醛与一级胺反应生成甲甄胺，通称s c h i f f 碱。如果是芳香胺，则有时 称缩苯胺( a n i l ) 。由芳香醛，酮和脂肪酮形成的s c h i f f 碱是稳定的，但脂肪醛 与胺形成的s c h i f f 碱，往往发生羟醛缩合反应而不适用于作保护基。 a 一氨基酸酯容易形成苯亚甲基衍生物，但从游离酸形成的衍生物是不稳定 的。芳香亚甲基可以在极其温和的酸性条件下进行水解脱去，且在反应过程中不 致发生消旋。l 一赖氨酸中的n 一氨基可生成稳定的单苯亚甲基衍生物，利用这一 现象可以制备l - 赖氨酸的a 一苄氧羰基氨基衍生物“”。 1 2 1 6 质子化反应和螯合反应对氨基的保护 ( 1 ) 质子化反应 从理论上讲，对氨基最简单的保护方法是使氨基完全质子化，即占据氮原子上的 孤电子对，以阻止取代反应的发生，但实际上在使氨基完全质子化所需的酸性条 件下，可以进行的合成反应很少，所以，这种方法仅曾用于防止氨基的氧化。 r i r 2 r 3 n ! 1 3 1 ! ：! b ! ! ! t ! h q g 。r l r ，r 3 n c h 3 l 一 2 0 0 c 2 4 h 。” 季铵盐通常用于氧化反应中保护叔胺。上述反应条件能够在羟基或酚基的存 在下，由伯，仲，叔胺( 包括氨基酸) 形成季铵盐“”。 ( 2 ) 螯合反应 一个与质子化相似而有效的保护方法是，利用氮原子上的孤电子对形成螯合 物，例如n 一和b 一氨基酸可与过渡金属形成稳定的配合物。应用络氨酸铜配合物， 苯乙酰化反应只在酚基上发生，不在氨基上发生反应。二元氨基酸也可选择地只 在一个氨基上进行酰化反应。复合物用硫化氢处理很容易得到酰化物。 1 _ 2 1 7 用含磷有机物保护氨基 ( 1 ) 二烷基磷酰基作为氨基保护基“” 在合成肽时，用磷酰基作为氨基保护基，对碱较稳定，对酸则敏感易脱去， 可与苄氧羰基媲美m 1 。例如由0 ，0 - - - 烷基一n 一取代苯乙基磷酰胺3 a - c 合成了n ， n 一二烷基磷酰基一n - 取代苯乙基甘氨酸衍生物4 a - e ，在l e w i s 酸催化下成功地进 行了f r e i d e l c r a f t s 反应得到相应的分子内环化产物苯并一3 一氮杂环庚酮一卜衍 生物，并在温和条件下脱保护基。此法反应简便，条件温和，产率高，其合成路 线如下所示m 1 。 在合成苯并一3 一氮杂环庚酮类( 6 a ，6 b ) 化合物时，以= 异丙基磷酰基作为氨基保 护基，具有易除去，不脱羰的优点，这是磺酰基，烷氧羰基所不及的，在一般有 机合成中作为氨基保护基是大有潜力的。 0 0 ( r o ) 2 p h + 2 ar = l d e 2 br = e t 2 c r = i - p r 2 dr = n - b u w n 。e t 3 n r n w z 。n ，： 3 ar = i 呻r r i r 2 = o c h 2 0 3 b r = i 呻r r 1 = o m er 2 = o e t 3 c r 2 i p r r 1 = r 2 = h 4 ar = i p r r 1 r 2 = o c h 2 0 4 br = i p r r l = o m er 2 = o e t 3 4 cr = i p r r l _ r 2 - h 4 d r 1 2 i p rr 1 2 hr 2 = o m e 4 er = m er 1 r 2 = o c h 2 0 fn 盱 酊1 ( g ) 0 6 a r 1 r 2 = o c h 2 0 6 b r 1 2 叫er 2 = 0 e t 7 ar 1 r 2 = o c h 2 0 7 b r i = r 2 - h i n p ( o r ) 2 0 5 a r i r 2 = o c h 2 0 5 b r i = o m er 2 = o e t 翠h ；c l c h 2 c o o h ( 2 ) 亚磷酸二乙酯作为a 一氨基酸中a 一氨基的保护基“” 目前在多肽合成中常用的n 一氨基保护基大多属于烷氧羰基型( r - 沪c o _ ) 。 如b o c ，z ，p m z 等，这些保护基对碱稳定对酸敏感，易于在酸性条件下脱除，但 相应的试剂在制备时需使用剧毒的光气，这无论对实验室制备或工业生产都会带 来很多不便，因此，需要寻找能替代它们的价廉易得，稳定且低毒的新n 一氨基 保护试剂。 以亚磷酸二乙酯为试剂，由引入0 ，0 一二乙基磷酰基( d e p p ) 作为一氨基 酸的a 一氨基保护基，采用相转移催化法不仅合成了n 一( d e p p ) 一a 一氨基酸甲酯 衍生物，还合成了含游离羟基的n 一( d e p p ) 一n 一氨基酸，并由叠氮法制得了两 种模型二肽。对一些d e p p 保护的氨基酸衍生物作了在酸，碱及水合肼中稳定性 的研究，用4 m o l lh c l 及t f a 作了脱保护基条件的实验。在各项考察的基础上， 对亚磷酸二乙酯作为a 一氨基酸的a 一氨基保护试剂在肽合成上应用的可行性做 评价。可用于肽的合成。然而以d e p p 为a 一氨基酸的n 一氨基保护基虽然在试剂 方面有其优越性，但d e p p 保护基也有不可忽视的缺点呻3 ，这项工作还有待于进 一步研究。 总之，氨基的保护方法和保护基都很多，上面介绍的是比较重要而又实用的 方法和基团。化学家们至今还在寻找有关更好的方法及更有效的保护基，研究工 作仍在继续。 1 2 2 羧基的保护 羧基没有氨基，醛基那么活泼，但在合成中也经常需要保护，以便分子其它 部位进行特定反应。在合成肽时，或者是对氨基酸的终端羧基加以保护( 常制成 聚合物载持酯形式) ，从而使偶合反应仅能在a 一氨基上发生；或者将其转变为活 1 4 r hoi叩 一 叩 hic 妇咖m 化的酯，从而使偶合发生在这羧基上。保护羧基的方法主要是酯化法，但在某些 情况下，也可以用形成酰胺或酰肼等方法来进行保护。 1 2 2 1 酯化法保护羧基 酯化法是保护羧基的主要方法，它是以生成各种酯及其衍生物的形式来保护分 子中结构环境不同的羧基。下面首先介绍酯的一些制备方法。 ( 1 ) 酯的制备方法 a 由酸和醇直接制备 最常用的方法是将酸与过量醇在酸性条件下催化加热制得。酸催化剂的性质 可以允许有较大不同，磷酸，芳基磺酸，烷基硫酸酯和酸性离子交换树脂等都可 应用。此外，丙酮二甲基缩醛可用来直接生产甲酯，此试剂在反应过程中可清除 形成的水，同时释放反应所需的甲醇。三氟乙酸酐是羧酸用一级，二级，和三级 醇直接酯化的一个最有效的催化剂，反应通过一个混合酸酐，可在非常温和的条 件下进行酯化。另外，三氟甲磺酸酐，乙酰氯，亚硫酰氯，吡啶对甲苯磺酰氯， 吡啶氯化氧磷等都于三氟乙酸酐相似，可作为直接酯化的催化剂。 b 由酰卤与醇作用制备这是制备酯的常规方法，由易得的醇与酰氯在碱( 如 吡啶，二甲苯胺镁等) 催化下反应制得，此法经常用来制备叔丁酯。 c 由酸酐与酸作用制备在碱催化下，醇和酸酐起反应同样是一个可靠的酯化 方法。以许多羧酸来说，最方便的酯化方法是：先与三氟乙酸酐或1 1 1 中所列 的其他试剂就地形成一个无需分离的混合酸酐，再与醇作用形成相应的酯类。二 元酸的环状酸酐与醇作用生成单酯，利用这一反应可以从谷氨酸制各谷酰胺，并 可相似的合成门冬酰胺。a 一氨基酸的苄酯可由苄醇与由氨基酸及光气形成的环 酸酐作用生成。反应过程如下： o c h 卧，c o o -c h 3 芒一9 c h c 0 2 c h z p h ：w 一。夕 k + n 才 l i + ：f b f c f ： h m p a d m s o d m f 【5 5 】 ( 4 ) r ? h c o o h + r 1 x 掣峨r f h c o o r l ( 9 0 - 9 5 ) n h p g 。 n i h p g r 1 = 乙基，正丁基，仲丁基；x 。b r ，i 【5 6 】 r f 州x 黑舞2 4 嚣h 磐n f 1 2 5 0 c ，3 一，相转移反应 n h p g n h p g ( 7 0 一9 5 ) 【5 7 (6)rcooh+r13bb甓等避rcoori(70-95)2012 4 ho c 一 r c o o h = 有空间位阻的酸；r 1 = 甲基，乙基d s ( 7 ) 嗍h + m e 2 n c h ( o r l ) 2 霉堕+ r c o o r l 3 6 h卜 。 ( 8 5 一9 5 ) r c o o h = p h ，2 ，4 ，6 - m e 3 c 6 h 主，n 一保护的氨基酸；r 1 = m e ，e t ，p h c h 2 ，s b u 5 9 1 6 ( 8 ) r c o o h + r 1 0 h 掣! _ + r c o o r 。( 3 6 - 9 8 ) 0 2 0