李 揚(yáng) 徐開(kāi)俊 郭守河 陸 濤*

（中國(guó)藥科大學(xué)，江蘇 南京211198）

酰胺類(lèi)化合物具有廣泛的生物活性，如抗炎、抗變態(tài)反應(yīng)等；同時(shí)，它們是一類(lèi)非常重要的有機(jī)合成中間體。制備酰胺應(yīng)用最廣的方法是通過(guò)將羧基活化，使羧酸活化為酰氯、疊氮、對(duì)稱酸酐以及混合酸酐，但是由于這些條件下，存在氨基酸消旋，以及反應(yīng)試劑危險(xiǎn)以及制備比較復(fù)雜，逐漸被后來(lái)的縮合試劑取代。

盡管使用縮合試劑制備多肽取得了不小的進(jìn)展，但依然有它的三大局限性。隨著多肽類(lèi)化合物在藥物治療中起到愈加重要的作用，采用化學(xué)手段合成多肽顯得極為迫切。近幾年來(lái)，Marder等[1]掀起了采用新的化學(xué)合成方法制備多肽化合物的熱潮，本綜述總結(jié)了近幾年中在肽鍵合成領(lǐng)域最具突破性的新方法和新機(jī)制，側(cè)重于那些尚未普遍推廣，但有可能克服目前合成方法中遇到的困難的新合成途徑。

1 具有醫(yī)學(xué)活性的多肽片段的固相合成

多肽的化學(xué)合成主要依靠固相合成方法（Solid-Phase Peptide synthesis，SPPS）。該方法按照目標(biāo)多肽分子的氨基酸序列將其在樹(shù)脂上依次組裝起來(lái)，合成策略基本成熟，操作也較為簡(jiǎn)單，但其合成目標(biāo)分子的能力依賴于每步的偶聯(lián)效率。由于在反應(yīng)過(guò)程中各種副產(chǎn)物在樹(shù)脂上會(huì)逐步積累，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物純度隨肽鏈增長(zhǎng)而顯著降低，給目標(biāo)分子的分離和純化帶來(lái)較大的困難。

目前高度優(yōu)化的固相多肽合成方法也局限于合成約含50～60個(gè)氨基酸單元的肽鏈，因?yàn)榘?0～60個(gè)氨基酸肽鏈的化學(xué)穩(wěn)定性較差（即避免強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫等）。此外，由于多肽片段的分子量較大（約3000～10000 Dalton），因此反應(yīng)溶液中底物的濃度也有較大限制（通常＜0.001mol/L），這些限制使得多肽連接反應(yīng)成本高，效率低。

2 天然化學(xué)連接（Native chemical ligation）及其延伸方法

Native chemical ligation（簡(jiǎn)寫(xiě)為NCL）是目前發(fā)現(xiàn)的最高效的多肽化學(xué)合成方法之一。Kent等人發(fā)現(xiàn)硫酯Val-SPh和半胱氨酸CysOH能夠在水溶液中快速地生成二肽Val-CysOH，而他發(fā)明的NCL方法巧妙的利用了要一個(gè)C端為硫酯的多肽片段，以及一個(gè)N端為半胱氨酸殘基的多肽片段（一般為具有特定化學(xué)結(jié)構(gòu)的、而且沒(méi)有保護(hù)基團(tuán)保護(hù)的多肽片段），在水溶液體系中進(jìn)行高度化學(xué)選擇性的耦合反應(yīng)，生成連接位點(diǎn)為天然肽鍵的蛋白質(zhì)分子[2]。見(jiàn)圖1。

利用天然化學(xué)連接技術(shù)合成的多肽中必須含有Cys殘基作為連接位點(diǎn)。研究表明，僅1.7%的蛋白質(zhì)含Cys殘基，而且Cys殘基在蛋白質(zhì)序列中的位置也不一定是很好的縮合位點(diǎn)，因此，研究人員開(kāi)始對(duì)天然化學(xué)連接技術(shù)進(jìn)行了延伸，發(fā)明了化學(xué)區(qū)域選擇連接（ Chemo- and regioselective ligation）[3]，這是一項(xiàng)擬Cys位點(diǎn)的連接技術(shù)，該方法利用C端的硫酯與N端輔助基中的巰基發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成新的中間體，該中間體經(jīng)過(guò)分子內(nèi)的酰基遷移，得到多肽。見(jiàn)圖2。

3 施陶丁格連接（Staudinger ligation） 及其改進(jìn)

施陶丁格連接與天然化學(xué)連接方法都是多肽合成的重要方法。見(jiàn)圖3。

Bardley等雖然驗(yàn)證了該方法是一種有效的片段縮合方法，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)膦硫酯作為輔助基對(duì)一些氨基酸縮合率很低，如以Gly為縮合位點(diǎn)，縮合率不超過(guò)35%。Williams等對(duì)施陶丁格連接進(jìn)行了改進(jìn)，他們使用硫代酸和疊氮化合物反應(yīng)，得到五元環(huán)中間體水解形成肽鍵。這種新的方法稱為硫代酸-疊氮連接（Azide-thioacid ligation）[4]。見(jiàn)圖4。

4 酮酸-羥氨連接（Ketoacid-hydroxylamine amide ligations）

加州大學(xué)的科研小組發(fā)現(xiàn)了一種新的高效而且具備化學(xué)選擇性的形成肽鍵的方法，該方法通過(guò)脫羧的羥氨和α-酮酸耦合，在不需要添加任何縮合試劑的條件下，直接反應(yīng)形成酰胺鍵，副產(chǎn)物為水和二氧化碳。見(jiàn)圖5。

5 采用極性反轉(zhuǎn)的方法合成多肽化合物

圖1 天然化學(xué)連接反應(yīng)步驟圖

圖2 化學(xué)區(qū)域選擇連接反應(yīng)步驟圖

圖3 施陶丁格連接反應(yīng)步驟圖

圖4 硫代酸-疊氮連接反應(yīng)步驟圖

圖5 酮酸-羥氨連接反應(yīng)制備多肽化合物

圖6 極性反轉(zhuǎn)法構(gòu)建酰胺鍵

圖7 極性反轉(zhuǎn)法制備多肽化合物

傳統(tǒng)肽鍵合成采用羧基和氨基通過(guò)縮合的方式。但是在遇到空間位阻增加的時(shí)候，如二取代胺，芳基甘氨酸等物質(zhì)，縮合的效果往往不盡如人意，美國(guó)范德堡大學(xué)（Vanderbilt University）的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種生成肽鍵的具有高度化學(xué)選擇性新方法。該方法使用溴化硝基烷烴與碘活化的胺反應(yīng)產(chǎn)生酰胺。該反應(yīng)提供了生產(chǎn)非天然氨基酸酰胺和多肽的新途徑[5]。見(jiàn)圖6。

圖8

當(dāng)反應(yīng)分子體積增大、位阻或立體化學(xué)復(fù)雜程度增強(qiáng)的時(shí)候，縮合反應(yīng)有時(shí)就難以達(dá)到要求。比如芳香基甘氨酸的肽鍵生成中就常會(huì)伴隨一定程度的消旋（導(dǎo)致純度降低）。而新的這一方法可以和不對(duì)稱的aza-Henry反應(yīng)連用，使用溴化硝基烷烴作為羧酸的替代物，與碘活化的胺反應(yīng)，反應(yīng)物的極性與經(jīng)典的脫水縮合反應(yīng)相反（umpolung），成功避免了芳香基甘氨酸的酰胺產(chǎn)生過(guò)程中的消旋[6]。見(jiàn)圖7。

研究人員發(fā)現(xiàn)溴帶硝基烷烴可以提供一個(gè)合適的氧化態(tài)與氨基接合。見(jiàn)圖8。

在酰胺鍵形成中，先形成親電性的鹵代胺，然后與硝酸酯發(fā)生反應(yīng)，最終脫去硝基形成酰胺鍵。在反應(yīng)中NIS（碘代琥珀酰亞胺）起到活化一級(jí)或者二級(jí)胺的作用，在不加入胺的情況下，會(huì)形成α-溴，α-碘的硝基烷烴，從而導(dǎo)致沒(méi)有目標(biāo)產(chǎn)物生成。此外溴化硝基烷烴并不與羥基發(fā)生類(lèi)似酯化反應(yīng)，大大降低了副產(chǎn)物的生成。

6 結(jié)論與展望

總體來(lái)說(shuō)，多肽的化學(xué)全合成技術(shù)還不夠完善，合成領(lǐng)域中存在著各式各樣的的問(wèn)題。比如，溫度變化會(huì)導(dǎo)致多肽的構(gòu)象改變，如何調(diào)整溫度達(dá)到最佳效果，如何在合成過(guò)程中最小化外消旋作用；尋找更好的溶劑和縮合劑來(lái)提高縮合率。這一系列問(wèn)題還有待于進(jìn)一步研究和探索。

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