分享一篇發(fā)表在JACS上的文章。文章的題目是基于光催化C–X鍵斷裂的多肽合成方法學(xué)革新。文章的通訊作者是來(lái)自上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的王平研究員。該課題組聚焦于糖蛋白與糖肽的化學(xué)合成及合成方法學(xué)研究。

選擇性裂解碳-雜原子（C–X）鍵的能力在化學(xué)科學(xué)中具有至關(guān)重要的意義，其應(yīng)用范圍涵蓋從肽與蛋白質(zhì)合成到生物分子修飾等多個(gè)領(lǐng)域。在基于芴甲氧羰基/叔丁基（Fmoc/tBu）策略的固相肽合成（SPPS）中，C–X 鍵的裂解被廣泛采用。然而，基于TFA的保護(hù)基策略存在多種問(wèn)題：疏水基團(tuán)（如tBu、Boc、Trt）易引起肽鏈聚集；N-甲基化肽在強(qiáng)酸條件下不穩(wěn)定；某些保護(hù)基（如Pbf-Arg）需長(zhǎng)時(shí)間TFA處理，增加肽骨架斷裂風(fēng)險(xiǎn)；翻譯后修飾殘基（如芐基保護(hù)的磷酸化氨基酸）也易受TFA破壞。TFA脫保護(hù)還會(huì)產(chǎn)生碳陽(yáng)離子等副產(chǎn)物，導(dǎo)致不可逆修飾。

針對(duì)這一挑戰(zhàn)，該課題組提出了一種基于 Fmoc/吡啶甲基（Pic）平臺(tái)的固相肽合成策略。通過(guò)將Pic保護(hù)基替代傳統(tǒng)的叔丁基（tBu），利用光催化在中性溫和條件下實(shí)現(xiàn) C–X 鍵斷裂，從而實(shí)現(xiàn)了在不使用 TFA 的前提下完成對(duì)側(cè)鏈全局性脫保護(hù)。

研究結(jié)果表明，在pH 4.0–5.0的PBS/MeOH體系中，以抗壞血酸為還原劑、Ru(bpy)?Cl?為光催化劑，節(jié)能燈（CFL）照射20分鐘即可完成Pic保護(hù)絲氨酸的定量脫保護(hù)。質(zhì)子化吡啶對(duì)反應(yīng)至關(guān)重要，pH≥7時(shí)轉(zhuǎn)化率顯著下降。藍(lán)色或綠色LED也可驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，但效率略低。無(wú)金屬催化劑4-CzIPN同樣有效，表明可避免貴金屬使用。對(duì)照實(shí)驗(yàn)證實(shí)光催化劑、還原劑和光照缺一不可。

與傳統(tǒng)的TFA介導(dǎo)tBu保護(hù)基裂解相比，基于吡啶甲酰基（Pic）的光脫保護(hù)策略具有顯著優(yōu)勢(shì)：反應(yīng)條件更溫和，操作效率更高。在標(biāo)準(zhǔn)光解條件（10 W CFL，20分鐘，pH 5.0）下，所有Fmoc/Pic保護(hù)的氨基酸均實(shí)現(xiàn)完全脫保護(hù)，平均分離產(chǎn)率約90%。該方法尤其解決了SPPS中長(zhǎng)期存在的精氨酸脫保護(hù)難題——傳統(tǒng)Pbf保護(hù)的精氨酸需長(zhǎng)時(shí)間TFA處理，易導(dǎo)致肽主鏈斷裂或降解，而Pic保護(hù)的精氨酸可在溫和、中性水相條件下快速、清潔脫除。

對(duì)于半胱氨酸、酪氨酸和色氨酸等親核性殘基，長(zhǎng)期TFA處理易誘發(fā)磺酰陽(yáng)離子生成、不可逆S-烷基化及芳環(huán)酰化等副反應(yīng)。

Fmoc/Pic策略還成功拓展至磷酸化氨基酸和非經(jīng)典氨基酸。傳統(tǒng)方法中芐基保護(hù)的磷酸酯因離去能力差難以脫除，而Pic保護(hù)的磷酸化氨基酸在pH 4條件下30分鐘內(nèi)即可完全脫保護(hù)，分離產(chǎn)率超85%。該策略對(duì)C–O、C–N、C–S鍵均有效，且與Fmoc、芐基、Boc等基團(tuán)正交兼容，甚至對(duì)酯基等敏感官能團(tuán)也表現(xiàn)優(yōu)異。

為進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)用性，本研究采用Sieber樹(shù)脂合成了9種C端酰胺肽，完全避免了TFA的使用。肽鏈延伸后，Pic基團(tuán)在最終階段通過(guò)一鍋法光解全局脫除。氧化敏感的蛋氨酸在光條件下保持完整，無(wú)需額外還原劑。該方法還適用于含多個(gè)Pic基團(tuán)的長(zhǎng)肽，甚至40氨基酸長(zhǎng)度的肽序列，顯示出優(yōu)異兼容性。

此外，Pic基團(tuán)顯著增強(qiáng)肽的親水性，如HIV-1蛋白酶片段和酰基載體蛋白片段在反相HPLC中保留時(shí)間明顯縮短，優(yōu)于傳統(tǒng)Fmoc/tBu策略。除Sieber樹(shù)脂外，2-CTC樹(shù)脂等酸敏感載體也適用于該策略，可用于合成C端羧酸肽。

該課題組繼續(xù)開(kāi)發(fā)了一種新型光敏樹(shù)脂接頭，可在可見(jiàn)光照射下同步實(shí)現(xiàn)肽鏈從樹(shù)脂的切割及全局脫保護(hù)。該二苯基(4-吡啶基)甲基接頭專為C端羧酸肽的光控釋放設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)對(duì)樹(shù)脂和溶劑的系統(tǒng)篩選，最終確定采用聚苯乙烯基Rink Amide-AM樹(shù)脂，并在THF/PBS體系下獲得最佳光解效率。將該光解系統(tǒng)整合至全自動(dòng)肽合成儀后，實(shí)現(xiàn)了真正的全流程自動(dòng)化SPPS，無(wú)需傳統(tǒng)TFA切割及后續(xù)處理。

該技術(shù)為酸敏感肽及修飾肽的合成提供了一條更溫和、高效且無(wú)需強(qiáng)酸處理的自動(dòng)化生產(chǎn)路徑。

本文作者：THT

責(zé)任編輯：LYC

DOI：10.1021/jacs.5c11459

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c11459