环肽主要合成策略
2017-10-24

    由于环肽在自然界中的含量很低,早期对环肽化学结构和活性类似物研究的需要促使科学家们着手研究环肽的化学合成[11]。根据环肽的环合方式又分为首尾相连环肽(Head-to-tail)、侧链和侧链相连环肽(Sidechain-to-sidechain)、侧链和端基相连环肽(Sidechain-to-end)、含二硫桥的环肽(Disufide-bridge)、以及含有其他桥连结构的环肽。[12]

  按照合成方法来分,主要有液相合成法和固相合成法。溶液法是经典的合成方法,线型肽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,一般在高度稀释的溶液(10-3~10-4mol/L)中进行溶液法合成环肽可直接反应,即将脱保护后的线型肽前体直接在缩合试剂的缩合下成环,也可先将一端(一般为C端)活化,然后成环。C端活化成环常用的方法有活泼酯法、叠氮法和混合酸酐法等。溶液法合成主要用于合成首尾相连的环肽。随着固相合成技术的日趋完善,由于其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等一系列优点,使得大家越来越倾向于固相法合成环肽,尤其是中环肽的合成[13]


  2.2.环肽的固相合成

  固相法合成环肽是在树脂上环化,然后脱落下来,因而避免了分子间的二聚和多聚体的形成。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肽,尤其是用于中环肽的合成。固相合成常用MBHA,Oxime 和PAM 等树脂。氨基酸的侧链(如Asp,Glu 的侧链羧基;Ser,Thr等的侧链羟基)及羧端均可通过缩合反应固载在树脂上,若按氨基酸的C端固定在树脂上的方式可以分为三种:(1)头/尾锚定。一般利用C端的羟基将肽链结合在树脂上,然后脱去N端保护,游离的氨基进攻接在树脂上的C末端,成环的同时目标环肽从树脂上脱下。(2)侧链锚定。主要是将肽链的侧链连接在树脂上,待目标环形成后用相应化学方法脱下。

  Figure 3. Structure of the monomer of resins used in solid-phase synthesis

  2.2.1. 头/尾锚定型合成策略

  这种合成方法主要用于合成寡环肽,其基本策略是在肽链N末端保护的情况下将其C末端固定在树脂上,然后去保护的N端氨基会攻击树脂上的肽链C末端,在成环的同时目标环肽从树脂上脱落下来。Oxime树脂常用于头-尾合成的Boc保护策略。Oxime树脂的特点是线型肽的N端可温和的条件下进攻固载在树脂上的酯基中的羰基,成环后从树脂上脱下,但由于载有肽链的Oxime树脂对碱不太稳定,因此每接一次氨基酸,肽链有可能从树脂上脱下来,造成目标环肽产率偏低[13]。90年代这种合成方法有了重大的进步,首先在树脂上连上一种稳定的连接臂,然后将NDUAN端保护的肽链的C端连接在连接臂上,去N端保护后,N末端氨基攻击肽链的C端成环并脱下(见Figure 4)。

  Figure 4.Two different strategy of head-tail synthesis

  Szardenings AK[14]等人利用PAM树脂,首先将第一个氨基酸通过酯化反应把其C端连接在树脂上,然后再通过一系列方法接上其余肽链结构,将肽链N末端用Boc保护。最后去保护成环并在TFA的作用下从树脂上脱下,成功的合成了2,5-二酮哌嗪(DKP)的环状二肽(见Figure 5)。

  Figure 5.Strategy of the synthesis of DKP

  也有首先锚定N端,然后再通过上述方法成功合成环肽的实例。Bang JK等人[2] 利用固相合成技术,通过Horner-Emmons反应成功合成了一种HIV-1型蛋白质的类似环肽化合物,并能够被HIV-1型蛋白酶裂解,表现出生物活性。该合成主要是先Fmo和Trt分别保护前体侧链氨基和末端羟基,接着在侧链氨基上连上另一前体链并把羟基最后氧化成羧酸,在缩合试剂EDC的作用下成环,并利用TFA将环肽从树脂上脱下来。(见Figure 6.)

  Figure 6. Synthetic scheme for the cyclic olefin peptide.

  2.2.2.侧链锚定型的合成策略

  该策略主要是将易于与树脂形成稳定化学键的侧链氨基酸或其他基团在肽链末端保护的情况下连接在树脂上,然后经过一系列的反应形成目标线性肽链,再脱掉保护基团,利用合适的缩合试剂使肽链形成目标环肽,最后用化学试剂(eg.TFA)将锚定的化学键去除即得到目标产物。

  George Barany等[16]人成功的利用这种固相合成技术,将一种新型的半光氨酸衍生物引入合成策略,合成了简单环肽(Cys-Thr-Abu-Gly-Gly-Ala-Arg-Pro-Asp-Phe),产率大幅度提高。并分别在PEGA,CLEAR,PEG-PS树脂上进行了分别实验,均得到了较高的产率。其合成步骤是首先Fmoc-Asp-Oal的侧链锚定在已经连接上连接臂的树脂上,然后按照顺序逐步加上其余氨基酸,首尾成环后用TFA将Asp于连接臂的化学键去掉即得到目标环肽。(见Figure 7)

  Figure 7.Synthesis of cyclo(Cys-Thr-Abu-Gly-Gly-Ala-Arg-Pro-Asp-Phe) on solid phase

  Wang DX等[17]人首先将酪氨酸的C端羟基直接连在树脂上,然后再连上一系列的化合物形成链状多肽,成环后在THF作用下环肽从树脂上脱下来。利用此策略,他们成功的合成了一种新型含有四氢吡咯环的杂环肽。见(Figure 8)。

  John PM[18]等人也通过侧锚定的方法合成了一种能够抑制p53-MDM2活性的复杂环肽。由于p53是一种介导细胞修复增殖具有抑制肿瘤活性的蛋白质因子,而MDM2则可以和p53的DNA结合从而抑制p53的表达。所以能够抑制MDM2与p53DNA结合的物质有可能具有抑癌活性。因此,该环肽的化学合成成功引起了广泛的关注。

  Figure 8. Synthesis of a Mannich-base hybridized cyclopeptide.

  Reagents and conditions: a. 50% TFA/DCM, b. 6% TEA/DCM; (ii) Fmoc-Aa-OH, DCC, HOBt/DMF; (iii) 20%piperidine/DMF; (iv) Boc-Pro-OH, DCC, HOBt/DMF; (v) 37% HCHO/H2O–THF–concd. HCl (30:69:1); (vi) 70% EtNH2/H2O–THF (1:1); (vii) 33% HNMe2/H2O–THF (1:1).


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