氨基保护及脱保护氨基保护及脱保护常见氨基保护基常见氨基保护基1. 常见的烷氧羰基类氨基保护基常见的烷氧羰基类氨基保护基 苄氧羰基苄氧羰基(Cbz) 、叔丁氧羰基、叔丁氧羰基(Boc) 、笏甲氧羰基、笏甲氧羰基(Fmoc) 、、烯丙氧羰基烯丙氧羰基(Alloc) 、、 三甲基硅乙氧羰基三甲基硅乙氧羰基(Teoc) 、甲、甲(或乙或乙)氧羰基氧羰基 2. 常见的酰基类氨基保护基常见的酰基类氨基保护基 邻苯二甲酰基邻苯二甲酰基(Pht) 、对甲苯磺酰基、对甲苯磺酰基(Tos) 、三氟乙酰基、三氟乙酰基(Tfa)邻(对)硝基苯磺酰基)邻(对)硝基苯磺酰基(Ns)、特戊酰基、苯甲酰基、特戊酰基、苯甲酰基3. 常见的烷基类氨基保护基常见的烷基类氨基保护基 三苯甲基三苯甲基(Trt) 、、2,4-二甲氧基苄基二甲氧基苄基(Dmb) 对甲氧基苄基对甲氧基苄基(PMB) 、苄基、苄基(Bn)氨基保护基的选择策略氨基保护基的选择策略Ø最好的是不保护最好的是不保护. 若需要保护若需要保护,选择最容易上和脱的保护基选择最容易上和脱的保护基,当几个保护基需要同时被除去时,用相同的保护基来保护当几个保护基需要同时被除去时,用相同的保护基来保护不同的官能团是非常有效。
要选择性去除保护基时,就只不同的官能团是非常有效要选择性去除保护基时,就只能采用不同种类的保护基能采用不同种类的保护基Ø要对所有的反应官能团作出评估,确定哪些在所设定的反要对所有的反应官能团作出评估,确定哪些在所设定的反应条件下是不稳定并需要加以保护的,选择能和反应条件应条件下是不稳定并需要加以保护的,选择能和反应条件相匹配的氨基保护基相匹配的氨基保护基Ø还要从电子和立体的因素去考虑对保护的生成和去除速率还要从电子和立体的因素去考虑对保护的生成和去除速率的选择性的选择性Ø如果难以找到合适的保护基,要么适当调整反应路线使官如果难以找到合适的保护基,要么适当调整反应路线使官能团不再需要保护或使原来在反应中会起反应的保护基成能团不再需要保护或使原来在反应中会起反应的保护基成为稳定的;要么重新设计路线,看是否有可能应用前体官为稳定的;要么重新设计路线,看是否有可能应用前体官能团(如硝基等);或者设计出新的不需要保护基的合成能团(如硝基等);或者设计出新的不需要保护基的合成路线选择一个氨基保护基时,必须仔细考虑到所有的反应物,反选择一个氨基保护基时,必须仔细考虑到所有的反应物,反应条件及所设计的反应过程中会涉及的底物中的官能团。
应条件及所设计的反应过程中会涉及的底物中的官能团第一部分第一部分: 烷氧羰基类氨基保护基烷氧羰基类氨基保护基1.1 苄氧羰基的引入苄氧羰基的引入用用Cbz-Cl与游离氨基在用与游离氨基在用NaOH 或或NaHCO3 控制的碱性条控制的碱性条件下可以很容易同件下可以很容易同Cbz-Cl反应得到反应得到N-苄氧羰基氨基化合物苄氧羰基氨基化合物氨基酸酯同氨基酸酯同Cbz-Cl的反应则是在有机溶剂中进行,并用碳的反应则是在有机溶剂中进行,并用碳酸氢盐或三乙胺来中和反应所产生的酸氢盐或三乙胺来中和反应所产生的HCl此外,Cbz-ONB((4-O2NC6H4OCOOBn)等苄氧羰基活化酯也可用来)等苄氧羰基活化酯也可用来作为苄氧羰基的导入试剂,该试剂使伯胺比仲胺易被保护作为苄氧羰基的导入试剂,该试剂使伯胺比仲胺易被保护;苯胺由于亲核性不足,与该试剂不反应苯胺由于亲核性不足,与该试剂不反应1.1.1 苄氧羰基的引入示例苄氧羰基的引入示例1.1.2 苄氧羰基的脱去苄氧羰基的脱去1). 催化氢解催化氢解2). 酸解裂解酸解裂解(HBr, TMSI)3). Na/NH3(液)还原(液)还原实验室常用简洁的方法是催化氢解实验室常用简洁的方法是催化氢解(用用H2或其它供氢体或其它供氢体,一般常温一般常温常压氢化即可常压氢化即可); 当分子中存在对催化氢解敏感当分子中存在对催化氢解敏感(有苄醚有苄醚,氯溴碘等氯溴碘等)或钝化催化剂的基团或钝化催化剂的基团(硫醚等硫醚等)时,我们就需要采用化学方法如酸时,我们就需要采用化学方法如酸解裂解解裂解HBr或或Na/NH3(液)还原等。
液)还原等 苄氧羰基的脱去主要有以下几种方法苄氧羰基的脱去主要有以下几种方法1.1.2 苄氧羰基的酸性脱除注意点苄氧羰基的酸性脱除注意点苄氧羰基的用强酸或苄氧羰基的用强酸或Lewis酸脱除时酸脱除时,会产生苄基的碳正离子会产生苄基的碳正离子,若分子中有捕捉碳正离子的基团时若分子中有捕捉碳正离子的基团时,将得到相应的副产物将得到相应的副产物. 1.1.3 苄氧羰基的脱去示例(一)苄氧羰基的脱去示例(一)1.1.4 苄氧羰基的脱去示例(二)苄氧羰基的脱去示例(二)1.2 叔丁氧羰基叔丁氧羰基除除Cbz保护基外,叔丁氧羰基(保护基外,叔丁氧羰基(Boc)也是目前多肽合成中广)也是目前多肽合成中广为采用的氨基保护基,特别是在固相合成中,氨基的保护多为采用的氨基保护基,特别是在固相合成中,氨基的保护多用用Boc而不用而不用CbzBoc具有以下的优点:具有以下的优点:Boc-氨基酸除个别氨基酸除个别外都能得到结晶;易于酸解除去,但又具有一定的稳定性外都能得到结晶;易于酸解除去,但又具有一定的稳定性;Boc-氨基酸能较长期的保存而不分解;酸解时产生的是叔丁氨基酸能较长期的保存而不分解;酸解时产生的是叔丁基阳离子再分解为异丁烯,它一般不会带来副反应;对碱水基阳离子再分解为异丁烯,它一般不会带来副反应;对碱水解、肼解和许多亲核试剂稳定;解、肼解和许多亲核试剂稳定;Boc对催化氢解稳定,但比对催化氢解稳定,但比Cbz对酸要敏感得多。
当对酸要敏感得多当Boc和和Cbz同时存在时,可以用催化同时存在时,可以用催化氢解脱去氢解脱去Cbz,,Boc保持不变,或用酸解脱去保持不变,或用酸解脱去Boc而而Cbz不受不受影响,因而两者能很好地搭配使用影响,因而两者能很好地搭配使用1.2.1 叔丁氧羰基的引入叔丁氧羰基的引入游离氨基在用游离氨基在用NaOH 或或NaHCO3 控制的碱性条件下用二氧六控制的碱性条件下用二氧六环和水的混合溶剂中很容易与环和水的混合溶剂中很容易与Boc2O反应得到反应得到Boc保护的胺保护的胺这是引入这是引入Boc常用方法之一,它的优点是副产物无干扰常用方法之一,它的优点是副产物无干扰,并容并容易除去有时对一些亲核性较大的胺,一般可在甲醇中和易除去有时对一些亲核性较大的胺,一般可在甲醇中和Boc酸酐直接反应即可,无须其他的碱,其处理也方便(见酸酐直接反应即可,无须其他的碱,其处理也方便(见内部期刊第一期)内部期刊第一期)对水较为敏感的氨基衍生物,采用对水较为敏感的氨基衍生物,采用Boc2O/TEA/MeOH or DMF 在在40-50℃℃下进行较好有空间位阻的氨基酸而言,用下进行较好有空间位阻的氨基酸而言,用Boc2O/Me42O/CH3CN是十分有利的。
是十分有利的 叔丁氧羰基的引入一般方法叔丁氧羰基的引入一般方法:1.2.2 叔丁氧羰基的引入示例叔丁氧羰基的引入示例(一一)1.2.3 叔丁氧羰基的脱去叔丁氧羰基的脱去Boc比比Cbz对酸敏感,酸解产物为异丁烯和对酸敏感,酸解产物为异丁烯和CO2(见下式)见下式)在液相肽的合成中,在液相肽的合成中,Boc的脱除一般可用的脱除一般可用TFA或或50%TFA((TFA:CH2Cl2 = 1:1,v/v)在固相肽合成中,由)在固相肽合成中,由于于TFA会带来一些副反应(如产生的胺基上酰化成为相应的会带来一些副反应(如产生的胺基上酰化成为相应的三氟乙酰胺等),因此多采用三氟乙酰胺等),因此多采用1-2M HCl/有机溶剂一般而有机溶剂一般而言,用言,用HCl/二氧六环比较多见二氧六环比较多见叔丁氧羰基的脱去叔丁氧羰基的脱去:1.2.3 叔丁氧羰基的脱去叔丁氧羰基的脱去一般选用酸性脱除一般选用酸性脱除: 用甲醇作溶剂,用甲醇作溶剂,HCl/EtOAc的组合使的组合使TBDMS和和TBDPS酯以及叔丁酯和非酚类酯在酯以及叔丁酯和非酚类酯在Boc脱除时不脱除时不被断裂当同时脱除分子中有叔丁酯基被断裂。
当同时脱除分子中有叔丁酯基(可根据不同的酸性选可根据不同的酸性选择性脱择性脱Boc)或分子中有游离羧酸基,千万记住不能用或分子中有游离羧酸基,千万记住不能用HCl/MeOH,其可将羧酸变为甲酯在其可将羧酸变为甲酯在Boc脱去过程中脱去过程中TBDPS和和TBDMS基相对是稳定的(在基相对是稳定的(在TBS存在,用稀一些的存在,用稀一些的10--20 %%TFA))在中性的无水条件下在中性的无水条件下Me3SiI在在CHCl3或或CH3CN中除了能脱除中除了能脱除Boc外,也能断裂氨基甲酸酯、酯、醚和缩酮通过控制条外,也能断裂氨基甲酸酯、酯、醚和缩酮通过控制条件可以得到一定的选择性件可以得到一定的选择性1.2.3 叔丁氧羰基的脱去叔丁氧羰基的脱去Ø当分子中存在一些官能团其可与副产物叔丁基碳正离子在当分子中存在一些官能团其可与副产物叔丁基碳正离子在酸性下反应时,需要添加硫酚酸性下反应时,需要添加硫酚(如苯硫酚如苯硫酚)来清除叔丁基碳来清除叔丁基碳正离子,此举可防止硫醇正离子,此举可防止硫醇(醚醚,酚酚)(如蛋氨酸如蛋氨酸,色氨酸等色氨酸等)和其和其他富电子芳环他富电子芳环(吲哚吲哚,噻吩噻吩,吡唑吡唑,呋喃多酚羟基取代苯等等呋喃多酚羟基取代苯等等)脱脱Boc时的烷基化。
也可使用其它的清除剂,如苯甲醚、时的烷基化也可使用其它的清除剂,如苯甲醚、苯硫基甲醚、甲苯硫酚、甲苯酚及二甲硫醚苯硫基甲醚、甲苯硫酚、甲苯酚及二甲硫醚Ø中性条件中性条件TBSOTf/2.6-lutidine 的组合或的组合或ZnBr2/CH2Cl2也也可对可对BOC很好的脱除如果底物对叔丁基碳正离子特别很好的脱除如果底物对叔丁基碳正离子特别敏感,也可以敏感,也可以ZnBr2/CH2Cl2体系中加碳正离子清除剂体系中加碳正离子清除剂Ø伯胺衍生物存在下,伯胺衍生物存在下, ZnBr2/CH2Cl2可以选择性的脱除仲可以选择性的脱除仲胺上的胺上的Boc??1.2.4 叔丁氧羰基的脱去示例叔丁氧羰基的脱去示例1.2.4 叔丁氧羰基的脱去示例叔丁氧羰基的脱去示例1.2.5 叔丁氧羰基的脱去叔丁氧羰基的脱去1.3.笏甲氧羰基笏甲氧羰基(Fmoc)Fmoc保护基的一个主要的优点是它对酸极其稳定,在它保护基的一个主要的优点是它对酸极其稳定,在它的存在下,的存在下,Boc和苄基可去保护和苄基可去保护Fmoc的其他优点是它的其他优点是它较易由简单的胺不通过水解来去保护,被保护的胺以游离较易由简单的胺不通过水解来去保护,被保护的胺以游离碱释出。
一般而言碱释出一般而言Fmoc对氢化稳定,但某些情况下,它对氢化稳定,但某些情况下,它可用可用H2/Pd-C在在AcOH和和MeOH仲脱去Fmoc保护基可与保护基可与酸脱去的保护基搭配而用于液相和固相的肽合成酸脱去的保护基搭配而用于液相和固相的肽合成 笏甲氧羰基的特点笏甲氧羰基的特点:笏甲氧羰基的引入笏甲氧羰基的引入用笏甲醇在无水用笏甲醇在无水CH2Cl2中与过量的中与过量的COCl2反应可反应可以得到很好产率的以得到很好产率的Fmoc-Cl(熔点(熔点615-63℃℃),),所得所得Fmoc-Cl在二氧六环在二氧六环/Na2CO3或或NaHCO3溶液溶液同氨基酸反应则可得到同氨基酸反应则可得到Fmoc保护的氨基酸保护的氨基酸(一般一般不能用强碱不能用强碱)用Fmoc-OSu(Su=丁二酰亚胺基丁二酰亚胺基)在乙腈在乙腈/水中导入,该方法在制备氨基酸衍生物时水中导入,该方法在制备氨基酸衍生物时很少低聚肽生成目前我们一般更倾向于用很少低聚肽生成目前我们一般更倾向于用Fmoc-OSu上上FMoc.笏甲氧羰基的引入一般方法笏甲氧羰基的引入一般方法:1.3.2 笏甲氧羰基的引入示例笏甲氧羰基的引入示例1.3.3 笏甲氧羰基的脱去笏甲氧羰基的脱去Fmoc同前面提到的同前面提到的Cbz和和Boc不同,它对酸稳定,较易通过简单不同,它对酸稳定,较易通过简单的胺(而不是水解)脱保护,被保护的胺以游离碱释出。
的胺(而不是水解)脱保护,被保护的胺以游离碱释出Fmoc-ValOH在在DMF中用不同的胺碱去保护的快慢有较大的差异,中用不同的胺碱去保护的快慢有较大的差异,20%的哌啶较快的哌啶较快Fmoc保护基一般也能用浓氨水、二氧六环保护基一般也能用浓氨水、二氧六环/4M NaOH(30:9:1)以及用哌啶、乙醇胺、环己胺、吗啡啉、吡咯烷酮、以及用哌啶、乙醇胺、环己胺、吗啡啉、吡咯烷酮、DBU等胺类的等胺类的50%CH2Cl2的溶液脱去另外,的溶液脱去另外,Bu4N+F-/DMF在室在室温的脱去效果也很好叔胺(如三乙胺)的脱去效果较差,具有空温的脱去效果也很好叔胺(如三乙胺)的脱去效果较差,具有空间位阻的胺其脱除效果最差一般我们在常规合成(液相反应)不间位阻的胺其脱除效果最差一般我们在常规合成(液相反应)不经常性使用该保护基的原因:1经常性使用该保护基的原因:1.对碱过于敏感;2对碱过于敏感;2.反应的副产物反应的副产物1.3.4 笏甲氧羰基的脱去示例笏甲氧羰基的脱去示例1.4.烯丙氧羰基烯丙氧羰基(Alloc)同前面提到的同前面提到的Cbz、、Boc和和Fmoc不同,它对酸、碱等都很不同,它对酸、碱等都很稳定,在它的存在下,稳定,在它的存在下,Cbz、、Boc和和Fmoc等可选择性去保等可选择性去保护,而它的脱去则通常在护,而它的脱去则通常在Pd(0)的存在下进行的存在下进行Alloc-Cl在有机溶剂在有机溶剂/Na2CO3、、NaHCO3溶液或吡啶中溶液或吡啶中同氨基化合物反应则可得到同氨基化合物反应则可得到Alloc保护的氨基衍生物。
保护的氨基衍生物 烯丙氧羰基的特点烯丙氧羰基的特点:烯丙氧羰基的引入烯丙氧羰基的引入 :1.4.1 烯丙氧羰基的引入示例烯丙氧羰基的引入示例1.4.2 烯丙氧羰基的脱去烯丙氧羰基的脱去Alloc保护基对酸、碱等都有较强的稳定性,它们通常只用保护基对酸、碱等都有较强的稳定性,它们通常只用Pd(0),如,如Pd(PPh3)4或或Pd(PPh3)2Cl2存在的条件去保护存在的条件去保护在在异异戊戊烯烯酯酯或或肉肉桂桂酸酸酯酯存存在在下下,,可可用用 Pd(OAc)2/TPPT /CH3CN/Et3N/H2O去去保保护护,,但但随随时时间间的的增增加加,,这这些些酯酯也也会会反反应应,,并并且且氨氨基基甲甲酸酸异异戊戊烯烯酯酯和和烯烯丙丙基基碳碳酸酸酯酯同同样样被被断断裂裂当加入当加入Boc2O、、AcCl、、TsCl、或丁二酸酐时,、或丁二酸酐时,Pd(PPh3)2Cl2/ Bu3SnH可将可将Alloc基转变为其它的胺衍生物基转变为其它的胺衍生物另外,另外,Alloc也可在也可在Pd(PPh3)4和和HCOOH/TEA或或AcOH/NMO催化脱去催化脱去 1.4.3 烯丙氧羰基的脱去示例烯丙氧羰基的脱去示例1.5 三甲基硅乙氧羰基三甲基硅乙氧羰基(Teoc)三甲基硅乙氧羰基三甲基硅乙氧羰基(Teoc)同前面提到的同前面提到的Cbz、、Boc, Fmoc 和和Alloc不同,它对酸、大部分碱,及贵金属催化等都很稳定,在它不同,它对酸、大部分碱,及贵金属催化等都很稳定,在它的存在下,的存在下,Cbz、、Boc,,Fmoc和和Alloc等可选择性去保护,而它等可选择性去保护,而它的脱去则通常在氟负离子进行。
如的脱去则通常在氟负离子进行如TBAF、、TEAF和和HF等一般情况下,一般情况下,Teoc-Cl、、Teoc-OSu或或Teoc-OBt在有机溶剂,碱的存在有机溶剂,碱的存在下同氨基化合物反应则可得到在下同氨基化合物反应则可得到Teoc保护的氨基衍生物保护的氨基衍生物 三甲基硅乙氧羰基的引入三甲基硅乙氧羰基的引入:1.5.1 三甲基硅乙氧羰基的引入示例三甲基硅乙氧羰基的引入示例1.5.2 三甲基硅乙氧羰基的脱去三甲基硅乙氧羰基的脱去一般三甲基硅乙氧羰基一般三甲基硅乙氧羰基(Teoc)脱除主要通过脱除主要通过TBAF(四丁基氟四丁基氟化胺化胺),,TEAF (四乙基氟化胺四乙基氟化胺)或或TMAF(四甲基氟化胺四甲基氟化胺)来脱来脱除,在脱除过程中,除,在脱除过程中,TBAF将产生四丁基胺盐的副产物,常将产生四丁基胺盐的副产物,常常不易除去,而且它的质谱丰度高,往往影响产品的交货,常不易除去,而且它的质谱丰度高,往往影响产品的交货,此时可用此时可用TMAF或或TEAF来代替 1.6.甲甲(或乙或乙)氧羰基的引入氧羰基的引入甲(或乙)氧羰基同前面提到的各种烷氧羰基不同,它对甲(或乙)氧羰基同前面提到的各种烷氧羰基不同,它对一般的酸、碱和氢解等都很稳定,在它的存在下,一般的酸、碱和氢解等都很稳定,在它的存在下,Cbz、、Boc和苄基等可选择性去保护。
和苄基等可选择性去保护同同Cbz、、Fmoc 和和Alloc的引入方法类似,用甲(或乙)氧的引入方法类似,用甲(或乙)氧羰酰氯在有机溶剂羰酰氯在有机溶剂/Na2CO3、、NaHCO3或有机碱同氨基化或有机碱同氨基化合物反应则可得到甲(或乙)氧羰基保护的氨基衍生物合物反应则可得到甲(或乙)氧羰基保护的氨基衍生物甲(或乙)氧羰基的引入一般方法甲(或乙)氧羰基的引入一般方法:1.6.1 甲甲(或乙或乙)氧羰基的引入示例氧羰基的引入示例1.6.2 甲甲(或乙或乙)氧羰基的脱去氧羰基的脱去因为甲(或乙)氧羰基较强的稳定性,它们通常只用较剧烈因为甲(或乙)氧羰基较强的稳定性,它们通常只用较剧烈的条件去保护,如的条件去保护,如HBr/HOAc处理、处理、KOH/MeOH、、6 N HCl 和和TMSI等 第二部分第二部分: 酰基类氨基保护基酰基类氨基保护基2.1. 邻苯二甲酰基邻苯二甲酰基同一般的酰基氨基酸比较,同一般的酰基氨基酸比较,Pht-氨基酸在接肽时不易消旋,氨基酸在接肽时不易消旋,但它对碱不稳定,在碱皂化的条件下发生邻苯二甲酰亚胺但它对碱不稳定,在碱皂化的条件下发生邻苯二甲酰亚胺环的开环生成邻羧基苯甲酰基衍生物。
因此,当选用环的开环生成邻羧基苯甲酰基衍生物因此,当选用Pht作氨基保护基时,肽链的羧基末端则不能用甲酯(或乙酯)作氨基保护基时,肽链的羧基末端则不能用甲酯(或乙酯)保护,而只能用苄酯或叔丁酯保护,以避免将来用皂化去保护,而只能用苄酯或叔丁酯保护,以避免将来用皂化去酯的步骤酯的步骤Pht对催化氢解、对催化氢解、HBr/HOAc处理以及处理以及Na/NH3(液)还原(后处理的碱性条件需要避免)等均稳定,但(液)还原(后处理的碱性条件需要避免)等均稳定,但很容易用肼处理脱去另外其特性只用于伯胺保护很容易用肼处理脱去另外其特性只用于伯胺保护邻苯二甲酰基的特点邻苯二甲酰基的特点:2.1.1 邻苯二甲酰基的引入邻苯二甲酰基的引入最先导入最先导入Pht基的方法是将邻苯二甲酸酐同氨基酸在基的方法是将邻苯二甲酸酐同氨基酸在145-150℃℃进进行熔融反应,但会引起一些氨基酸部分消旋作用,因而后来又进行熔融反应,但会引起一些氨基酸部分消旋作用,因而后来又进行了一些改进,如邻苯二甲酸酐行了一些改进,如邻苯二甲酸酐/CHCl3/70℃℃下反应而最温和的下反应而最温和的方法(见下式)是方法(见下式)是N-乙氧羰基邻苯二甲酰亚胺与氨基酸在乙氧羰基邻苯二甲酰亚胺与氨基酸在Na2CO3水溶液中于水溶液中于25℃℃反应反应10-15分钟,就可以得到分钟,就可以得到85-95%的的Pht-氨基氨基衍生物,并且可在仲胺的存在时选择性地保护伯胺。
衍生物,并且可在仲胺的存在时选择性地保护伯胺邻苯二甲酰基的引入邻苯二甲酰基的引入:2.1.2 邻苯二甲酰基的引入示例邻苯二甲酰基的引入示例2.1.3 邻苯二甲酰基的脱去邻苯二甲酰基的脱去Pht-氨基衍生物很容易用肼处理脱去一般用水合肼的醇氨基衍生物很容易用肼处理脱去一般用水合肼的醇溶液回流溶液回流2 小时或用肼的水或醇溶液室温放置小时或用肼的水或醇溶液室温放置1-2 天都可天都可完全脱去完全脱去Pht保护基在此条件下保护基在此条件下Cbz、、Boc、甲酰基、、甲酰基、Trt、、Tos等均可不受影响在肼效果差的情况下,用等均可不受影响在肼效果差的情况下,用NaBH4/i-PrOH-H2O(6:1)和和AcOH在在80℃℃反应反应5-8小时是很小时是很有效的有效的(见下式见下式)另外,浓另外,浓HCl回流也容易脱去回流也容易脱去Pht保护基邻苯二甲酰基的脱去邻苯二甲酰基的脱去:2.1.4 邻苯二甲酰基的脱去示例邻苯二甲酰基的脱去示例2.2.对甲苯磺酰基对甲苯磺酰基对甲苯磺酰胺一般可由胺和对甲苯磺酰氯在吡啶对甲苯磺酰胺一般可由胺和对甲苯磺酰氯在吡啶或水溶性碱存在下制得,它是最稳定的氨基保护或水溶性碱存在下制得,它是最稳定的氨基保护基之一,对碱性水解和催化还原稳定。
碱性较弱基之一,对碱性水解和催化还原稳定碱性较弱的胺如吡咯和吲哚形成的对甲苯磺酰胺比碱性更的胺如吡咯和吲哚形成的对甲苯磺酰胺比碱性更强的烷基胺所形成的对甲苯磺酰胺更易去保护,强的烷基胺所形成的对甲苯磺酰胺更易去保护,可以通过碱性水解去保护,而后者通过碱性水解可以通过碱性水解去保护,而后者通过碱性水解去保护是不可能的同时去保护是不可能的同时Tos的酰胺或氨基甲酸酯的酰胺或氨基甲酸酯更容易形成结晶更容易形成结晶Tos-氨基酸的酰氯在氨基酸的酰氯在NaOH等强等强碱作用下也很不稳定碱作用下也很不稳定对甲苯磺酰基的特点:对甲苯磺酰基的特点:2.2.1 对甲苯磺酰基的引入对甲苯磺酰基的引入对甲苯磺酰氯在对甲苯磺酰氯在NaOH、、NaHCO3或其他有机碱存在下同氨或其他有机碱存在下同氨基酸、吡咯和吲哚等反应很容易得到良好产率的基酸、吡咯和吲哚等反应很容易得到良好产率的Tos-衍生衍生物物2.2.2 对甲苯磺酰基的脱去对甲苯磺酰基的脱去Tos基非常稳定,它经得起一般酸解基非常稳定,它经得起一般酸解(TFA和和HCl等)、皂化、等)、皂化、催化氢解等多种条件得处理比受影响,常用萘钠、催化氢解等多种条件得处理比受影响,常用萘钠、Na/NH3(液液)和和 Li/NH3(液液)处理脱去。
处理脱去HBr/苯酚和苯酚和Mg/MeOH 也是比也是比较好的去保护方法值得注意的是,较好的去保护方法值得注意的是,Na/NH3(液液)的操作比较的操作比较麻烦,并且会引起一些肽键的断裂和肽链的破坏另外,有麻烦,并且会引起一些肽键的断裂和肽链的破坏另外,有时时HF/MeCN回流也能脱去回流也能脱去Tos基 2.2.3 邻邻(对对)硝基磺酰基硝基磺酰基(Ns)的引入的引入邻邻(对对)甲苯磺酰基甲苯磺酰基(Ns)作为氨基的保护基也很常见,其主要作为氨基的保护基也很常见,其主要优点是易于引入,并且脱除条件温和优点是易于引入,并且脱除条件温和2-或或4-硝基苯磺酰氯反应很容易实现硝基苯磺酰氯反应很容易实现(Et3N,,CH2Cl2,,23℃),生成的磺酰胺在强酸(,生成的磺酰胺在强酸(HCl 10eq,,MeOH,,60℃,,4 h)或强碱()或强碱(NaOH 10eq,,MeOH,,60℃,,4 h)环境)环境中都相当稳定中都相当稳定 2.2.4 邻邻(对对)甲苯磺酰基甲苯磺酰基(Ns)的脱除的脱除Ns的脱去也相当温和,可以用(的脱去也相当温和,可以用(PhSH,,K2CO3,,DMF,,23℃℃)或()或(HSCH2COOH,,LiOH,,DMF,,23℃℃),进而),进而生成胺基化合物。
其中第二种条件更利于操作,因为生成生成胺基化合物其中第二种条件更利于操作,因为生成的副产物(的副产物(O2NC6H4SCH2COOH)在碱性条件下可以用)在碱性条件下可以用水洗除去水洗除去 2.3. 三氟乙酰基三氟乙酰基三氟乙酰基(三氟乙酰基(Tfa)可用三氟醋酐导入,在稀碱液中很容易脱)可用三氟醋酐导入,在稀碱液中很容易脱去由于N-Tfa-氨基酸在接肽时易于消旋,也是采用此保护氨基酸在接肽时易于消旋,也是采用此保护基时应该注意的地方基时应该注意的地方2.3.1 三氟乙酰基的引入三氟乙酰基的引入由于三氟醋酐同氨基酸反应时易生成恶唑烷酮而发生消旋,因此,同由于三氟醋酐同氨基酸反应时易生成恶唑烷酮而发生消旋,因此,同甲酰基的引入一样,在低温下于三氟醋酸溶液中用三氟醋酐酰化为好甲酰基的引入一样,在低温下于三氟醋酸溶液中用三氟醋酐酰化为好一般而言,一般而言,CF3COOEt/Et3N/MeOH是较好的方法,可在仲胺存在下,是较好的方法,可在仲胺存在下,选择性地保护伯胺在选择性地保护伯胺在TFAA/18-Crown-6/Et3N中,伯胺与中,伯胺与18-Crown-6形成络合物,可选择性地酰化仲胺。
而在仲胺存在下,形成络合物,可选择性地酰化仲胺而在仲胺存在下,CF3COO-邻苯二甲酰亚胺也可选择性地将邻苯二甲酰亚胺也可选择性地将TFA基团引入到伯胺基团引入到伯胺2.3.2 三氟乙酰基的脱去三氟乙酰基的脱去三氟乙酰胺也是较易去保护地酰胺之一三氟乙酰胺也是较易去保护地酰胺之一Tfa基可以在水或乙醇水溶液基可以在水或乙醇水溶液中用中用0.1-0.2 N NaOH处理或者用处理或者用1 M 哌啶溶液处理很容易地脱去在哌啶溶液处理很容易地脱去在K2CO3或或Na2CO3/MeOH/H2O条件下,条件下,Tfa可在甲基酯存在下于室温去保可在甲基酯存在下于室温去保护也可在护也可在NH3/MeOH,,HCl/MeOH或通过相转移水解或通过相转移水解(KOH/Et3Bn+Br-/H2O/CH2Cl2或乙醚或乙醚)脱去2.4 其他用于氨基保护的酰胺其他用于氨基保护的酰胺特戊酰胺:无特戊酰胺:无a a-质子,用于芳环的另外负离子化质子,用于芳环的另外负离子化苯甲酰胺:苯甲酰基,可用于分子设计的官能团转化苯甲酰胺:苯甲酰基,可用于分子设计的官能团转化 脱除方法 脱除方法第三部分第三部分:烷基类氨基保护基烷基类氨基保护基 1. 三苯甲基三苯甲基(Trt), 2. 2,4-二甲氧基苄基二甲氧基苄基(Dmb), 3. 对甲氧基苄基对甲氧基苄基(PMB), 4. 苄基苄基(Bn)都是常见的烷基类氨基保护基都是常见的烷基类氨基保护基它们与酰基类和烷氧羰基类氨基保护基同等重要。
它们与酰基类和烷氧羰基类氨基保护基同等重要3.1. 三苯甲基三苯甲基三苯甲基(三苯甲基(Trt)是)是50年代开始用于多肽合成的,也被用于年代开始用于多肽合成的,也被用于保护各种氨基,如氨基酸、青霉素、头孢霉素等保护各种氨基,如氨基酸、青霉素、头孢霉素等N-Trt-α-氨基酸的酯不能发生水解,需要较强的去保护条件,氨基酸的酯不能发生水解,需要较强的去保护条件,α-质子同样不易被脱去,这意味着,在分子中其他地方的酯质子同样不易被脱去,这意味着,在分子中其他地方的酯可以选择性的水解可以选择性的水解在接肽反应中,在接肽反应中,Trt-氨基酸(除氨基酸(除Trt-Gly和和Trt-Ala以外)一以外)一般不能采用混合酸酐法接肽,般不能采用混合酸酐法接肽,Trt-氨基酸的酯不能水解,氨基酸的酯不能水解,也就不能用叠氮法接肽,而只能采用也就不能用叠氮法接肽,而只能采用DCC这类方法来接肽这类方法来接肽但但Trt的立体位阻只表现在对的立体位阻只表现在对Trt-氨基酸的反应影响上,因氨基酸的反应影响上,因此对长链肽的末端氨基的保护来说,此对长链肽的末端氨基的保护来说,Trt还是可用的,特别还是可用的,特别是对于带有含硫氨基酸的肽,由于不能采用催化氢解来实是对于带有含硫氨基酸的肽,由于不能采用催化氢解来实现现Cbz和和Boc之间的选择性脱去,采用之间的选择性脱去,采用Trt则将较好的选择。
则将较好的选择3.1.1 三苯甲基的引入三苯甲基的引入因因Trt立体位阻很大立体位阻很大 ,一般,一般Trt-氨基酸酯难以皂化(除甘氨酸酯外)氨基酸酯难以皂化(除甘氨酸酯外),强烈条件(如高温)易引起消旋强烈条件(如高温)易引起消旋Trt引入常用引入常用((吡咯、吡吡咯、吡唑和咪唑等可用类似反应唑和咪唑等可用类似反应):):1.1.先制得先制得Trt-氨基酸苄酯,再控制吸氢量选择性氢解,但有部分氨基酸苄酯,再控制吸氢量选择性氢解,但有部分Trt被氢化,需除去伴生自由氨基酸被氢化,需除去伴生自由氨基酸2.2.用过量用过量Trt-Cl,生成,生成Trt-氨基酸三苯甲酯,然后用氨基酸三苯甲酯,然后用HCl/HOAc处处理脱去三苯甲酯而得到理脱去三苯甲酯而得到Trt-氨基酸3.3.是用肽的酯同是用肽的酯同Trt-Cl反应得到反应得到Trt-肽酯,后者容易皂化而不存肽酯,后者容易皂化而不存在在Trt的立体位阻作用的立体位阻作用4.4.用用Trt-Cl/Me3SiCl/Et3N和和Trt-Cl/TMSCl/Et3N也容易得到也容易得到Trt-氨氨基酸3.1.2 三苯甲基的引入示例三苯甲基的引入示例3.1.3 三苯甲基的脱去三苯甲基的脱去Trt容易用酸脱去,如用容易用酸脱去,如用HOAc或或50%(或(或75%))HOAc的水的水溶液在溶液在30℃℃或回流数分钟顺利除去。
这时或回流数分钟顺利除去这时N-Boc和和O-But可可以稳定不动其他如以稳定不动其他如HCl/MeOH、、HCl/CHCl3、、HBr/HOAc和和TFA都能很方便的脱去都能很方便的脱去TrtTrt对酸的敏感程度还随所用的酸的不同而异,例如对酸的敏感程度还随所用的酸的不同而异,例如Trt对醋对醋酸比较敏感,在酸比较敏感,在80%的醋酸中,的醋酸中,Trt的脱除速度大约比的脱除速度大约比Boc快快21,000倍,因而可以在倍,因而可以在Boc存在下选择性地脱去存在下选择性地脱去Trt,如用如用0.1M HBr/HOAc为试剂,为试剂,Trt脱去速度反而慢于脱去速度反而慢于Boc3.1.4 三苯甲基的脱去三苯甲基的脱去Trt也能被催化氢解脱去,但脱去速度比也能被催化氢解脱去,但脱去速度比O-苄基和苄基和N-Cbz要慢得多根据所用试剂和脱去方法得不同,要慢得多根据所用试剂和脱去方法得不同,Trt被分解被分解所形成的产物也不同(见下式)所形成的产物也不同(见下式)3.1.5 三苯甲基的脱去示例三苯甲基的脱去示例3.1.6 三苯甲基的脱去示例三苯甲基的脱去示例3.2 2,4-二甲氧基苄基二甲氧基苄基(DMB)2,4-二甲氧基苄基(二甲氧基苄基(DMB)是较稳定的氨基保护基之一)是较稳定的氨基保护基之一, 对催化氢解较对催化氢解较Cbz、、PMB和和Bn稳定,故用稳定,故用H2/8%Pd-C/EtOH处理,则可除去处理,则可除去Bn,而保留,而保留N-DMB。
注意不要用注意不要用3,44-二甲氧基苄基、二甲氧基苄基、3,5-二甲氧基苄基代替5-二甲氧基苄基代替2,4-二甲氧二甲氧基苄基基苄基同样,用同样,用Pd(PPh3)4/HOAc/THF处理,则可保留处理,则可保留N-DMB, 而除去而除去Alloc酰胺的苄基,常规加氢方法不易脱除,但酰胺的苄基,常规加氢方法不易脱除,但DMB和和PMB容易脱除在设计合成路线时,容易脱除在设计合成路线时,2,4-二甲氧基二甲氧基苄胺常被用为氨的等价物加以使用苄胺常被用为氨的等价物加以使用3.2.1 2,4-二甲氧基苄基的引入二甲氧基苄基的引入2,4-二甲氧基苄基(二甲氧基苄基(DMB)一般由)一般由ArCHO/NaBH3CN或或NaBH(OAc)3还原胺化类引入或还原胺化类引入或2,4-二甲氧基苄胺作为氨基二甲氧基苄胺作为氨基的等价体引入的等价体引入3.2.2 2,4-二甲氧基苄基的脱去二甲氧基苄基的脱去DMB容易用酸脱去,如用容易用酸脱去,如用TFA, TosOH或或HCl的有机溶液在的有机溶液在0℃℃或室温即可顺利除去采用或室温即可顺利除去采用TFA/i-Pr3SiH/CH2Cl2时时,N-Fmoc可以稳定不动。
其他如可以稳定不动其他如DDQ/CH2Cl2也能很方便的脱也能很方便的脱去去DMB,而叔丁酯和,而叔丁酯和N-Boc可以不受影响可以不受影响 3.3 对甲氧基苄基对甲氧基苄基对甲氧基苄基(对甲氧基苄基(PMB)是也最稳定的氨基保护基之一它对)是也最稳定的氨基保护基之一它对大多数反应都是稳定的,在大多数反应都是稳定的,在Bn存在下,可用存在下,可用CAN或或DDQ氧氧化选择脱化选择脱PMB;同样,在;同样,在Boc和叔丁酯存在下,可用和叔丁酯存在下,可用CAN氧氧化选择脱化选择脱PMB;也可用;也可用H2/Pd(OH)2去掉去掉Bn,而保留,而保留PMBPMB一般采用一般采用MeOC6H4CH2Br或或MeOC6H4CH2Cl和碱和碱((K2CO3、、i-Pr2NEt、、NaH和和DBU等)在有机溶剂等)在有机溶剂(如如DMF、、二氯甲烷和乙腈等二氯甲烷和乙腈等)中反应来引入,或中反应来引入,或MeOC6H4CHO/NaBH3CN或或NaBH(OAc)3还原胺化等还原胺化等3.3.1 对甲氧基苄基的引入示例对甲氧基苄基的引入示例3.3.2 对甲氧基苄基的脱去对甲氧基苄基的脱去对甲氧基苄基(对甲氧基苄基(PMB)的脱去较多,除了常规的催化氢解)的脱去较多,除了常规的催化氢解外,外,CAN、、 DDQ或或SmI2氧化去保护和在氧化去保护和在TFA中加热脱去也中加热脱去也经常应用。
经常应用3.3.3 对甲氧基苄基的脱去示例对甲氧基苄基的脱去示例3.4. 苄苄 基基苄基(苄基(Bn)是也最稳定的氨基保护基之一,同)是也最稳定的氨基保护基之一,同PMB一样,一样,对大多数反应都是稳定的,但比对大多数反应都是稳定的,但比PMB更加稳定,因而也更更加稳定,因而也更难脱除酰胺的苄基,常规加氢方法不易脱除,可以通过难脱除酰胺的苄基,常规加氢方法不易脱除,可以通过Na/NH3脱除一般和一般和PMB 一样也采用一样也采用C6H4CH2Br或或C6H4CH2Cl和和K2CO3、、DIPEA、、NaH、、Et3N 和和n-BuLi在有机溶剂在有机溶剂(如如DMF、二氯甲烷和乙腈等、二氯甲烷和乙腈等)中反应来引入,或中反应来引入,或C6H4CHO/ NaBH4、、NaBH3CN或或NaBH(OAc)3还原胺化还原胺化3.4.1 苄基的引入示例苄基的引入示例3.4.2 苄基的脱去苄基的脱去Bn常用催化氢解脱去,如常用催化氢解脱去,如H2,20%Pd(OH)2/C、、H2/Pd-C、、H2/PdCl2、、Pd/HCOOH或或Pd-C/HCOOH、、Pd-C/HCOONH4、、Pd-C/NH2NH2或或Pd-C/环已烯作氢源转移氢化环已烯作氢源转移氢化. 在用催化氢化在用催化氢化(H2, Pd/C)脱苄时脱苄时,由于胺对钯催化剂的慢性毒由于胺对钯催化剂的慢性毒化使得反应较慢通常较慢,甚至反应不彻底化使得反应较慢通常较慢,甚至反应不彻底.一般加酸或一般加酸或Boc2O促进促进Bn的离去。
的离去当分子中存在氢化敏感官能团时,我们需要用化学方法进行当分子中存在氢化敏感官能团时,我们需要用化学方法进行脱苄基一般常用的方法是脱苄基一般常用的方法是CH3CHClOCOCl、溴腈和、溴腈和CCl3CH2COCl/CH3CN也可以Li/MH3、、Na/NH3、、CAN酰氨上的苄基一般较难用氢解脱除,此时可以用酰氨上的苄基一般较难用氢解脱除,此时可以用AlCl3进行进行脱除3.4.4 苄基的脱去示例苄基的脱去示例。