第二章第七八節(jié)蛋白質(zhì)生物合成化學(xué)合成重點(diǎn)

第二章第七八節(jié)蛋白質(zhì)生物合成化學(xué)合成重點(diǎn)第1頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一ConsiderationsSpecificity（專一性）特定的或有序的氨基酸的耦合（避免副反應(yīng)）例：甘氨酸Gly、丙氨酸Ala合成甘丙肽甘丙肽的N端為甘氨酸、C端為丙氨酸

2×2Gly-Gly,Gly-Ala,Ala-Gly,Ala-Ala四種若：五肽

5×5×5×5×53125序列，3124副產(chǎn)物第2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一Howtosolvethisproblem?

使用保護(hù)基（protectinggroup)成功地多肽合成：氨基酸的有序耦合——氨基、羧基、具有反應(yīng)活性的側(cè)鏈進(jìn)行保護(hù)第3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一甘丙肽Gly-Ala的合成：甘氨酸的氨基，丙氨酸的羧基保護(hù)CH3PG-NH-CH2-COOHNH2-CH-COO-PGPG-NH-CH2-CONH2-CH-COO-PGCH3第4頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一保護(hù)基應(yīng)滿足以下條件：在接肽時能起保護(hù)作用

protectingfunction接肽后易于在緩和條件下除去，不引起肽鍵的斷裂

removedinmildcondition每一步有較高的產(chǎn)率

inhighyield好的光學(xué)純度

goodopticalpurity

★第5頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一光學(xué)純度（opticalpurity）是衡量旋光性樣品中一個對映體超過另一個對映體的量的量度。若一個純的光學(xué)活性物質(zhì)是100％的一種對映異構(gòu)體（R

或S-異構(gòu)體）。如：某旋光性樣品是由一個對映體R

和S-異構(gòu)體組成，R-異構(gòu)體含量為20％，S-異構(gòu)體的含量為80％，其光學(xué)純度則為60％，有40％是外消旋體。

光學(xué)純度＝百分余數(shù)＝

×100％＝R

％－S

％

第6頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一合成步驟：（1）接保護(hù)基

PG-NH-CH2-COOH＋NH2-CH-COO-PG（2）羧基活化

PG-NH-CH2-CO－（3）肽鍵形成

PG-NH-CH2-CONH-CH-COO-PG（4）去保護(hù)基

NH2-CH2-CONH-CH-COOHRPG★第7頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一

氨基的保護(hù)基AminoProtectingGroups七種保護(hù)基團(tuán)，四種是羰基類保護(hù)基團(tuán)(carbonylgroup)減弱氨基的親核性重點(diǎn)：基團(tuán)的名稱、引入方式、去除方法及條件

甲?；?、三氟乙?；⑹宥⊙豸驶?、芐氧羰基、肽?；?、對甲苯磺?；?、三苯甲基第8頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(1)FormylFunction甲?；詈唵蔚聂驶惐Ｗo(hù)基第9頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一基團(tuán)的引入：甲酸乙酸酐與氨基酸反應(yīng)甲酸酐極不穩(wěn)定。與水作用立刻變?yōu)榧姿幔诟稍锃h(huán)境中則會脫去一分子一氧化碳再次轉(zhuǎn)化為甲酸★第10頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一除去保護(hù)基：催化氫化、鈉+液氨、堿性條件無效A酸性條件（乙醇溶劑）B肼的醇溶液或過氧化氫NH2NH2in60%EtOH+HOAc第11頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（2）TrifluoroacetylFunction三氟乙?；?2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一基團(tuán)的引入：三氟乙酸酐或三氟乙酸硫代乙酯與氨基酸反應(yīng)第13頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一除去保護(hù)基：溫和堿氫氧化鈉，室溫第14頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(3)tert-ButoxycarbonylFunction(tert-BOC)叔丁氧羰基第15頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一伯碳：碳原子上連有1個碳原子

仲碳：碳原子上連有2個碳原子

叔碳：碳原子上連有3個碳原子

季碳：碳原子上連有4個碳原子生物有機(jī)化學(xué)中經(jīng)常會提高伯胺、仲胺等，怎么界定？第16頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一基團(tuán)的引入：氯代甲酸叔丁酯——源于叔丁醇、光氣氯代甲酸叔丁酯第17頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一保護(hù)基的除去：可在酸性條件下去保護(hù)基，如HBr/HAc,HCl/HAc,80%溫?zé)岽姿?，無水三氟乙酸，液態(tài)氟化氫。異丁烯二氧化碳第18頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(4)CarbobenzoxyFunction(CBz)芐氧羰基第19頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一芐基benzylgroupC6H5CH2－亞芐基BenzalC6H5CH=第20頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一基團(tuán)的引入：芐氧羰基氯（酰氯）————芐醇+光氣★第21頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一反應(yīng)條件：堿性、氨水.第22頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一A催化氫化:保護(hù)基的除去：催化氫化；酸性條件問題：苯環(huán)某些金屬催化劑高壓條件出現(xiàn)催化氫化第23頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一B酸性條件HBr/無水乙酸，室溫第24頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一其他的酸也可以使用，但常需加熱（如沸騰的三氟醋酸，沸騰的HCl/甲醇）第25頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（5）肽?；ㄠ彵蕉柞；㏄hthaloylFunction肽?；酋ｔ?，可以用肼或苯肼去除第26頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一引入氨基酸：在常溫，稀堿水溶液中與氨基酸反應(yīng)第27頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一除去保護(hù)基：肽?；呋瘹浠⑩c/液氨、酸性(i.e.,HCLorHBrin乙酸,室溫)都不行堿性條件下不穩(wěn)定的，易發(fā)生變化第28頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一A堿性條件下除去先用堿處理，然后用酸輕微處理得到自由的氨基酸第29頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一

B肼解:水合肼的水溶液或醇溶液經(jīng)典的去除肽酰基的方法是用水合肼。酰肼副產(chǎn)物通過沉淀分離。肼是很好的親核試劑，進(jìn)攻像酸酐一樣的肽?；?。第30頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一肼：又稱聯(lián)氨NH2-NH2一般由水合肼制得第31頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(6)p-Toluenesulfonyl(Tosyl)Function對甲苯磺?；?/p>

通過磺酰化作用保護(hù)氨基酸,（替代前面講的?；免c/液氨體系去除保護(hù)基團(tuán)。第32頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(7)三苯甲基Triphenylmethyl(trityl)Function三苯甲基通過SN1烷基化Thetritylgroupisveryacidlabile.Whereasacylandsulfonylgroupsprotectaminofunctionsbyrenderingthenitrogennon-nucleophilic,thetritylfunctionpreservesthisnucleophilicity(basicity)andprotectstheaminogroupbystericbulk空間位阻.Infact,thiscanbeadisadvantage,becausethebulkytritylgroupcanalsointerferewithpeptidecouplingatthe(activated)carboxyl.第33頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一2.6.2CarboxylProtectionGroups羧基保護(hù)基Iftwoaminoacids,neitherofwhichhasaprotectedoractivatedcarboxylfunction,aretobecoupledtogethertoformadipeptide,thentreatmentwithareagentthatsimultaneouslyactivatesthecarboxylsandbringsaboutpeptidebondformationwillresultinself-condensation自縮合.Thismaybeavoidedbyprotectionofthecarboxylgroupofoneaminoacid.第34頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一Generally,thisisaccomplishedbyesterfication酯化作用ofthecarboxylgrouptobeprotected.保護(hù)的方法：使羧基酯化。第35頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（1）methylorethylester形成甲酯或乙酯ThemethylorethylestermaybesynthesizedbyreactionoftheaminoacidwithgasousHClinmathanolorethanol（Fisheresterification).氨基酸+甲醇或乙醇HCl第36頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(2)benzylester形成芐酯Whileestersmaybesaponified(皂化)bybasemoreeasilythanpeptides（thealkoxide醇鹽isabetterleavinggroup),thealkalineconditionsthatarerequiredmaynotbecompatibletothepolypeptide.Useofbenzylestersallowsremovaloftheprotectinggroupunderneuralconditionsiscatalytichydrogenation.第37頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一

基團(tuán)的引入：氨基酸甲酯與芐醇反應(yīng)生成芐酯

Transesterification酯基轉(zhuǎn)移作用第38頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(3)tert-butylester叔丁酯基團(tuán)的引入：A氨基酸與異丁烯反應(yīng)B氨基酸與醋酸叔丁酯進(jìn)行酯交換反應(yīng)。Theester,whichforsteric(空間)reasonscannotbepreparedfromtert-butanol,maybesynthesizedfromisobutylenegasinthepresenceofacid,orbytransersterificationwithtert-butylacetate.第39頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（4）2-trimethylsilylethylfunction2-（三甲硅基)乙基Thismaybesynthesizedbythereactionoftheacidwith2-trimethylsilyethanolanddicyclohexylcarbodimide(DCC,adehydrationorcouplingagent脫水劑或偶連劑)基團(tuán)的引入:酸與甲硅烷醇在二環(huán)己基碳二亞胺存在下進(jìn)行反應(yīng)DiTriMethylsilylCycloHexylCarboImide第40頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一第41頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一SideChainProtecting側(cè)鏈保護(hù)Duringthecourseofapeptidesynthesis,protectionoftheaminoandcarboxylfunctionsmaynotbeadequate.Undertheconditionsofpeptidebondformationnucleophlicorotherchemicallyreactiveaminoacidsidechainsmayparticipateinunwantedsidereactions.Thismaybeavoidedbyprotectionofthesesidechainswithprotectinggroupsthatmeetthesamegeneralrequirementsofallprotectinggroups:introductionandremovalundermildconditions,etc.第42頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一Example1:Thiolgroup巰基ofcysteine引入芐基保護(hù)Thethiolgroupisapotentnucleophile,andissusceptibletooxidationtothedisulfideform.Itthereforemustbeprotectedduringpeptidesynthesis.Usemaybemadeofthebenzylgroup芐基,whichisintroducedbythereactionofthethiolwithbenzylchloride.第43頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一除去保護(hù)基：H2S處理，使α－NH2游離第44頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一2.6.3PeptideBondFormation肽鍵的形成Twogeneralapproachesarepossible.Thefirstistoconverttheaminoprotectedaminoacidtoanactivatedformandthenreactthiswiththeaminofunctionofasecondaminoacid.Aswillberecalled,activationisnecessaryasworkmustbedoneduringpeptidebondformation.Alternatively,itispossibletoreacttwoaminoacidstogether(oneaminoprotected,theothercarboxylprotected)inthepresenceofacouplingagentwhichactivatesthecarboxylfunctioninsitu原位.第45頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一兩種方法:一是羧基活化：將氨基保護(hù)的氨基酸變成活化形式，與另一分子氨基酸反應(yīng)。PG-NH-CH2-COOHPG-NH-CH2-COCl+NH2-CH2-COOH二是原位活化：兩分子氨基酸（一個氨基保護(hù)，一個羧基保護(hù)）在偶聯(lián)劑的作用下原位活化。偶聯(lián)劑二肽二肽第46頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一1羧基活化法（1）AcylChlorides酰氯Aminoacidsmaybeconvertedtotheiracylchlorides:Theacylchlorideformedwillreadilyreactwiththeaminofunctionofasecondaminoacidtogivepeptidebondformation.氨基酸轉(zhuǎn)化為酰氯，與另一分子氨基酸形成肽鍵。缺點(diǎn)：易外消旋化第47頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（2）Anhydrides酸酐Mixedanhydridestendtobelessreactivethanacylchlorides(poorerleavinggroup)giveslessracemizationupontheirformation.Synthesismaybeaccomplishedbynucleophilicattackoftheaminoacidcarboxylateonanacylhalide酰鹵.混酐的活性低于酰氯，外消旋化作用較小。第48頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(3)AcylAzides疊氮酰Useofacylazidesleadstolessracemization(notsignificant)thanacylchloridesoranhydrides.疊氮酰引起的外消旋化比酰氯或酸酐少。制備：酰氯疊氮酰Theazide疊氮化物couldbesynthesizedfromtheacylchloride.第49頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一2原位活化法Insituactivationofthecarboxylfunction,inthepresenceofanucleophilicaminofunction,maybeachievedwithavarietyofcouplingagents.第50頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(1)TheCarbodimides碳二亞胺Thecarbodimidesareafamilyofcoupling偶聯(lián)(dehydrating脫水,condensing縮合)agentsofthegeneralstructure.Thecentralcarbonatom,flankedbytwonitrogenatoms,iselectrophilicandthussubjecttonucleophlicattackbyavarietyofreagent.Themostwell-knownreactionsarethosebetweencarbodimidesandacids.中心碳有親電性，可接受親核進(jìn)攻。第51頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一Dicyclohexylcarbodimide二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)maythenbeusedfortheformationofpeptidebonds:不含羥基的有機(jī)溶劑（質(zhì)子惰性的）第二分子氨基酸與酐中間體反應(yīng)DCU二環(huán)己基脲第52頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(2)Woodward’sReagent伍德瓦爾德試劑Thisreagentisadehydratingagentwhichhasbeenusedmuchlessforpeptidebondformationthanthecarbodimides.該試劑也用作合成肽的脫水劑，但不如碳二亞胺應(yīng)用廣泛。第53頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(3)EEDQ(Belleau’s試劑）2-Ethoxyethoxycarbonyl-1,2-dihydroquinoline（2-乙氧基乙氧羰基－1，2－二氫喹啉）isalsoacouplingagentthatmaybeusedforpeptidebondsynthesis第54頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一EEDQ的制備：EEDQisreadilysynthesizedfromquinolineandethylchloroformate:由喹啉與氯甲酸乙酯反應(yīng)制備EEDQ。第55頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(4)Leuch’sAnhydrideLeuch酸酐用光氣作偶聯(lián)劑Reactionofanunprotectedaminoacidwithphosgeneprovidesasimplemethodofpeptidebondformation.ThereactionbeginswithN-acylationoftheaminoacid,followedbycyclizationtogiveareactiveanhydride-likeintermediate:氨基酸首先N－酰化，環(huán)化形成類酸酐中間體，然后與另一分子氨基酸反應(yīng)，脫去CO2后得到二肽。第56頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一(5)SolidPhaseSynthesis固相合成(Merrifield’sMethod)Thistechniquecombinestheabovemethodology(aminoandcarboxylprotectinggroup,couplingagents,etc.)butgreatlyreducestheprocessingofintermediatesor“workup”associatedwiththesetechniques.Thenecessitytoobtaintheproductofeachcouplingreactioninpurecrystallineformiseliminated,andexcessreagentsandby-productsaresimplyremovedbyfiltrationandwashingwithappropriatesolventsystems.Thisamountstoalotofworkifthesynthesisofalargepolypeptidemoleculeistobeconsidered.Thisisaccomplishedbytheuseofaninsolublepolystyrenematrix.技術(shù)方法同上。減少中間的分離步驟。使用不溶性的聚苯乙烯基質(zhì)。第57頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一美國洛克菲勒大學(xué)：RobertBruceMerrifield教授(1984年諾貝爾化學(xué)獎獲得者)RobertBruceMerrifield(1921)

ProfessorEmeritus

E-mail:merrifi@

Americanbiochemistandeducatorwhoin1984receivedtheNobelPrizeforChemistryforhisdevelopmentofmethodologyforchemicalsynthesisonasolidmatrix.

MerrifieldgraduatedfromtheUniversityofCaliforniaatLosAngeles(UCLA)in1943andearnedaPh.D.inbiochemistrytherein1949.ThatsameyearhejoinedthestaffoftheRockefellerInstituteforMedicalResearch(nowRockefellerUniversity),NewYorkCity,whereheremained.

Hisinnovativemethod,developedduringthe1950sand'60s,grewfromhisideathatthekeytothesynthesisofpolypeptideswastheanchoringofthefirstaminoacidtoaninsolublesolid.Otheraminoacidscouldthenbejoined,onebyone,tothefixedterminus.Attheendofthesequenceofsteps,thecompletedchaincouldbeeasilydetachedfromthesolid.Theprocess,whichcanbecarriedoutbymachine,provedhighlyefficientandofgreatsignificanceforresearchonsuchsubstancesashormonesandenzymes,aswellasinthecommercialmanufactureofsuchdrugsasinsulinandsuchsubstancesasinterferon.第58頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一Step1:在聚苯乙烯上引入氯甲基Areactivecenterisintroducedintothepolymersupportbycholromethylation氯甲基化.ThebenzylcholridelinkageformedhasalreadybeennotedtobeverysusceptibletoSN2displacementsandsoitiseasilyreplacedbythecarboxylfunction,whichcaninturnberemoved(byacidolysis)atalaterdate.★第59頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一★第60頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一Step2:接上氨基酸Notethathadtheaminofunctionbeenusedtodisplacethecholrine,thenremovaloftheaminoacidfromtheresin樹脂laterwouldbeimpossible.★第61頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一★第62頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一Step3:去保護(hù)基Oncetheaminoacidiscovalentlylinkedtotheresin,thetert-BOCfunctionmayberemovedbytreatmentwithacidwhichwillnotaffectthebenzyllinkagetothesupport.★第63頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一★第64頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一Step4:與另一分子氨基酸反應(yīng)Thefreedaminofunctionmaynowreactwithasecond(tert-BOCprotect