第二章第七八節(jié)蛋白質生物合成化學合成重點

第二章第七八節(jié)蛋白質生物合成化學合成重點第1頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月ConsiderationsSpecificity（專一性）特定的或有序的氨基酸的耦合（避免副反應）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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月Howtosolvethisproblem?

使用保護基（protectinggroup)成功地多肽合成：氨基酸的有序耦合——氨基、羧基、具有反應活性的側鏈進行保護第3頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月甘丙肽Gly-Ala的合成：甘氨酸的氨基，丙氨酸的羧基保護CH3PG-NH-CH2-COOHNH2-CH-COO-PGPG-NH-CH2-CONH2-CH-COO-PGCH3第4頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月保護基應滿足以下條件：在接肽時能起保護作用

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好的光學純度

goodopticalpurity

★第5頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光學純度（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。若一個純的光學活性物質是100％的一種對映異構體（R

或S-異構體）。如：某旋光性樣品是由一個對映體R

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

光學純度＝百分余數(shù)＝

×100％＝R

％－S

％

第6頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月合成步驟：（1）接保護基

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）去保護基

NH2-CH2-CONH-CH-COOHRPG★第7頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

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

甲?；?、三氟乙?；⑹宥⊙豸驶?、芐氧羰基、肽酰基、對甲苯磺?；⑷郊谆?頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)FormylFunction甲?；詈唵蔚聂驶惐Ｗo基第9頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月基團的引入：甲酸乙酸酐與氨基酸反應甲酸酐極不穩(wěn)定。與水作用立刻變?yōu)榧姿?，在干燥環(huán)境中則會脫去一分子一氧化碳再次轉化為甲酸★第10頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月除去保護基：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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）TrifluoroacetylFunction三氟乙酰基第12頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月基團的引入：三氟乙酸酐或三氟乙酸硫代乙酯與氨基酸反應第13頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月除去保護基：溫和堿氫氧化鈉，室溫第14頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)tert-ButoxycarbonylFunction(tert-BOC)叔丁氧羰基第15頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月伯碳：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個碳原子生物有機化學中經(jīng)常會提高伯胺、仲胺等，怎么界定？第16頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月基團的引入：氯代甲酸叔丁酯——源于叔丁醇、光氣氯代甲酸叔丁酯第17頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月保護基的除去：可在酸性條件下去保護基，如HBr/HAc,HCl/HAc,80%溫熱醋酸，無水三氟乙酸，液態(tài)氟化氫。異丁烯二氧化碳第18頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)CarbobenzoxyFunction(CBz)芐氧羰基第19頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月芐基benzylgroupC6H5CH2－亞芐基BenzalC6H5CH=第20頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月基團的引入：芐氧羰基氯（酰氯）————芐醇+光氣★第21頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月反應條件：堿性、氨水.第22頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月A催化氫化:保護基的除去：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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月B酸性條件HBr/無水乙酸，室溫第24頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）肽?；ㄠ彵蕉柞；㏄hthaloylFunction肽酰基是酰酐，可以用肼或苯肼去除第26頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月引入氨基酸：在常溫，稀堿水溶液中與氨基酸反應第27頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月除去保護基：肽酰基催化氫化、鈉/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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

B肼解:水合肼的水溶液或醇溶液經(jīng)典的去除肽?；姆椒ㄊ怯盟想?。酰肼副產(chǎn)物通過沉淀分離。肼是很好的親核試劑，進攻像酸酐一樣的肽?；?。第30頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月肼：又稱聯(lián)氨NH2-NH2一般由水合肼制得第31頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(6)p-Toluenesulfonyl(Tosyl)Function對甲苯磺酰基

通過磺?；饔帽Ｗo氨基酸,（替代前面講的?；?，用鈉/液氨體系去除保護基團。第32頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6.2CarboxylProtectionGroups羧基保護基Iftwoaminoacids,neitherofwhichhasaprotectedoractivatedcarboxylfunction,aretobecoupledtogethertoformadipeptide,thentreatmentwithareagentthatsimultaneouslyactivatesthecarboxylsandbringsaboutpeptidebondformationwillresultinself-condensation自縮合.Thismaybeavoidedbyprotectionofthecarboxylgroupofoneaminoacid.第34頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月Generally,thisisaccomplishedbyesterfication酯化作用ofthecarboxylgrouptobeprotected.保護的方法：使羧基酯化。第35頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）methylorethylester形成甲酯或乙酯ThemethylorethylestermaybesynthesizedbyreactionoftheaminoacidwithgasousHClinmathanolorethanol（Fisheresterification).氨基酸+甲醇或乙醇HCl第36頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)benzylester形成芐酯Whileestersmaybesaponified(皂化)bybasemoreeasilythanpeptides（thealkoxide醇鹽isabetterleavinggroup),thealkalineconditionsthatarerequiredmaynotbecompatibletothepolypeptide.Useofbenzylestersallowsremovaloftheprotectinggroupunderneuralconditionsiscatalytichydrogenation.第37頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

基團的引入：氨基酸甲酯與芐醇反應生成芐酯

Transesterification酯基轉移作用第38頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)tert-butylester叔丁酯基團的引入：A氨基酸與異丁烯反應B氨基酸與醋酸叔丁酯進行酯交換反應。Theester,whichforsteric(空間)reasonscannotbepreparedfromtert-butanol,maybesynthesizedfromisobutylenegasinthepresenceofacid,orbytransersterificationwithtert-butylacetate.第39頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）2-trimethylsilylethylfunction2-（三甲硅基)乙基Thismaybesynthesizedbythereactionoftheacidwith2-trimethylsilyethanolanddicyclohexylcarbodimide(DCC,adehydrationorcouplingagent脫水劑或偶連劑)基團的引入:酸與甲硅烷醇在二環(huán)己基碳二亞胺存在下進行反應DiTriMethylsilylCycloHexylCarboImide第40頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月SideChainProtecting側鏈保護Duringthecourseofapeptidesynthesis,protectionoftheaminoandcarboxylfunctionsmaynotbeadequate.Undertheconditionsofpeptidebondformationnucleophlicorotherchemicallyreactiveaminoacidsidechainsmayparticipateinunwantedsidereactions.Thismaybeavoidedbyprotectionofthesesidechainswithprotectinggroupsthatmeetthesamegeneralrequirementsofallprotectinggroups:introductionandremovalundermildconditions,etc.第42頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月Example1:Thiolgroup巰基ofcysteine引入芐基保護Thethiolgroupisapotentnucleophile,andissusceptibletooxidationtothedisulfideform.Itthereforemustbeprotectedduringpeptidesynthesis.Usemaybemadeofthebenzylgroup芐基,whichisintroducedbythereactionofthethiolwithbenzylchloride.第43頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月除去保護基：H2S處理，使α－NH2游離第44頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6.3PeptideBondFormation肽鍵的形成Twogeneralapproachesarepossible.Thefirstistoconverttheaminoprotectedaminoacidtoanactivatedformandthenreactthiswiththeaminofunctionofasecondaminoacid.Aswillberecalled,activationisnecessaryasworkmustbedoneduringpeptidebondformation.Alternatively,itispossibletoreacttwoaminoacidstogether(oneaminoprotected,theothercarboxylprotected)inthepresenceofacouplingagentwhichactivatesthecarboxylfunctioninsitu原位.第45頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種方法:一是羧基活化：將氨基保護的氨基酸變成活化形式，與另一分子氨基酸反應。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，一個羧基保護）在偶聯(lián)劑的作用下原位活化。偶聯(lián)劑二肽二肽第46頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1羧基活化法（1）AcylChlorides酰氯Aminoacidsmaybeconvertedtotheiracylchlorides:Theacylchlorideformedwillreadilyreactwiththeaminofunctionofasecondaminoacidtogivepeptidebondformation.氨基酸轉化為酰氯，與另一分子氨基酸形成肽鍵。缺點：易外消旋化第47頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2原位活化法Insituactivationofthecarboxylfunction,inthepresenceofanucleophilicaminofunction,maybeachievedwithavarietyofcouplingagents.第50頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(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，可接受親核進攻。第51頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月Dicyclohexylcarbodimide二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)maythenbeusedfortheformationofpeptidebonds:不含羥基的有機溶劑（質子惰性的）第二分子氨基酸與酐中間體反應DCU二環(huán)己基脲第52頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)Woodward’sReagent伍德瓦爾德試劑Thisreagentisadehydratingagentwhichhasbeenusedmuchlessforpeptidebondformationthanthecarbodimides.該試劑也用作合成肽的脫水劑，但不如碳二亞胺應用廣泛。第53頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月EEDQ的制備：EEDQisreadilysynthesizedfromquinolineandethylchloroformate:由喹啉與氯甲酸乙酯反應制備EEDQ。第55頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)Leuch’sAnhydrideLeuch酸酐用光氣作偶聯(lián)劑Reactionofanunprotectedaminoacidwithphosgeneprovidesasimplemethodofpeptidebondformation.ThereactionbeginswithN-acylationoftheaminoacid,followedbycyclizationtogiveareactiveanhydride-likeintermediate:氨基酸首先N－?；?，環(huán)化形成類酸酐中間體，然后與另一分子氨基酸反應，脫去CO2后得到二肽。第56頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)SolidPhaseSynthesis固相合成(Merrifield’sMethod)Thistechniquecombinestheabovemethodology(aminoandcarboxylprotectinggroup,couplingagents,etc.)butgreatlyreducestheprocessingofintermediatesor“workup”associatedwiththesetechniques.Thenecessitytoobtaintheproductofeachcouplingreactioninpurecrystallineformiseliminated,andexcessreagentsandby-productsaresimplyremovedbyfiltrationandwashingwithappropriatesolventsystems.Thisamountstoalotofworkifthesynthesisofalargepolypeptidemoleculeistobeconsidered.Thisisaccomplishedbytheuseofaninsolublepolystyrenematrix.技術方法同上。減少中間的分離步驟。使用不溶性的聚苯乙烯基質。第57頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月美國洛克菲勒大學：RobertBruceMerrifield教授(1984年諾貝爾化學獎獲得者)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，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月Step1:在聚苯乙烯上引入氯甲基Areactivecenterisintroducedintothepolymersupportbycholromethylation氯甲基化.ThebenzylcholridelinkageformedhasalreadybeennotedtobeverysusceptibletoSN2displacementsandsoitiseasilyreplacedbythecarboxylfunction,whichcaninturnberemoved(byacidolysis)atalaterdate.★第59頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月★第60頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月Step2:接上氨基酸Notethathadtheaminofunctionbeenusedtodisplacethecholrine,thenremovaloftheaminoacidfromtheresin樹脂laterwouldbeimpossible.★第61頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月★第62頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月Step3:去保護基Oncetheaminoacidiscovalentlylinkedtotheresin,thetert-BOCfunctionmayberemovedbytreatmentwithacidwhichwillnotaffectthebenzyllinkagetothesupport.★第63頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月★第64頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月Step4:與另一分子氨基酸反應Thefreedaminofunctionmaynowreactwithasecond(tert