胺保护基团-氨基甲酸酯

保护组胺

• 胺保护基团对于合成肽．
• 氨基甲酸盐保护组对什么有用胺．它们可以在相对温和的条件下安装和拆卸。
• 最常见的一种氨基甲酸酯保护群体是t-butyloxycarbonyl (中行)保护组。可以用强酸(三氟乙酸)或加热去除。
• 羧基苄基(卡马西平)小组有一个苄可以通过催化加氢(Pd-C, H2)去除。
• 氟甲氧基(FMoc)组可以使用胺基数(如R₂NH)
• 如果在同一分子上存在多个保护基团，那么选择它们是很有用的，这样它们就可以分别被去除不同的条件(如酸性、碱性、氢化)。(我们有时用“正交”这个词来描述这种特性)。

目录

1. 简肽合成导论
2. 让我们混合一批Gly-Ala
3. 一个非常糟糕的初始计划
4. “听!这是什么鬼东西?”
5. NH的防护帽₂
6. 伴侣!使用氨基甲酸酯，伙计!
7. Boc和CBz是蜜蜂的膝盖
8. “Boc”保护组的安装和拆卸
9. CBz(或“Z”)氨基甲酸酯保护组的安装和拆卸
10. 氨基甲酸酯保护基团合成简单肽
11. 它还在继续……
12. 笔记
13. (高级)参考资料和进一步阅读

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1.简肽合成导论

在最近的一篇文章中[酰胺:合成，性质和命名我们学习了制作酰胺的3种常见方法:

1. 添加胺来酰卤化物/酐
2. 部分水解腈
3. 羧酸与胺使用一种脱水剂DCC（N, N ' -dicyclohexylcarbodiimide)．

那篇文章中没有提到的是合成人类已知的最有用的酰胺键的曾祖父，我是指肽。

一个肽键是我们给连接两个氨基酸的酰胺键起的名字。

氨基酸很重要，因为……等等。你已经知道氨基酸的重要性了，对吧?如果你现在还不知道，读完这篇文章再回来吧．

2.让我们混合一批Gly-Ala

让我们试着应用一些我们新发现的酰胺合成技巧来试着建立一个真的简单二肽，甘氨酸-丙氨酸。如果我们现在可以构建一个简单的二肽，我们就可以利用我们所学到的知识在以后的文章中展示更复杂的肽是如何制造的。［看到帖子:多肽合成简介你知道那位诺贝尔奖得主吗布鲁斯·梅里菲尔德通过一次连接一个氨基酸合成胰岛素?是的,真的。

在我们列出的制备酰胺的三种方法中，只有两种可能对形成肽键有用:1)酸氯法，或2)通过偶联剂合成DCC．(水解腈只提供初级酰胺，R-CONH₂，所以它不是肽合成的一个选择]。

3.一个非常糟糕的初始计划

我们对肽合成的第一次尝试将涉及一个非常naïve的攻击计划，并希望它最终都能成功。大家坚持住，事情会变得很混乱。

我们先提出酸氯化物法[或者是Schotten-Baumann反应，如果你愿意]用于合成Gly-Ala。

从Gly-Ala二肽回顾，我们的计划是通过丙氨酸与甘氨酸衍生的氯酸反应合成肽键:

这个计划有个小问题。一开始可能有点难发现。

假设我们已经得到了甘氨酸的氯化酸* [注1]，我们在同一个烧瓶里有“甘氨酸酸氯”和丙氨酸，还有一些多余的碱来加速反应。［注2 -这里省略了一个小细节:氨基酸的两性离子性质]

我们画出正向的反应

会出什么问题呢?

4.“听!这是什么鬼东西?”

我们的计划是制作甘氨酸氯酸溶液(1mol / l当量)，然后得到它耐心地在烧瓶里等待直到加入摩尔当量的丙氨酸，然后它就会和亲核的NH反应₂丙氨酸的基团。

我们计划的问题是，我们处理的不是一个“甘氨酸酸氯”分子——我们处理的是一摩尔(6.02 x 10)左右的物质²³分子)。还有甘氨酸的酸氯已经有一个亲核试剂了NH₂集团!

"甘氨酸氯化物"不是稳定的分子，因为它可以和自己反应。

这意味着甘氨酸酸氯溶液会形成甘氨酸聚合物，其结构是Gly-Gly-Gly-Gly…

即使是在丙氨酸存在的甘氨酸酸氯溶液中，也不仅会形成所需的Gly-Ala，而且Gly-Gly(与丙氨酸相连)酰卤)，它们会继续对另一个进行更多的恶作剧亲核试剂，无论是Gly还是Ala:

(不，NH没有太多区别₂从NH中提取的甘氨酸酸氯₂丙氨酸。它们的反应是一样的。)

这里的教训是当分子溶液中同时含有a亲核试剂和一个亲电试剂，它可以自我反应．这个过程有一个听起来很熟悉的名字:聚合．

那我们要怎么阻止这种事发生呢?

5.NH的防护帽₂

最好的办法是用一种能产生NH的保护基团(PG)来“封盖”氮₂non-nucleophilic组。它还应该具有以下属性:

• 易于选择安装
• 对所要求的反应条件(如SOCl₂从氯化酸中羧酸）
• 容易和选择性地去除，而不影响最终产品

我们之前见过保护群体策略，特别是醇以及使用格利雅试剂．

这是我们合成“Gly-Gly”的保护群体策略。我们在甘氨酸上安装一个保护基团(PG)，然后制成酸氯化物。PG的选择应使氮具有非亲核性(即它不会与酸性氯化物反应)。

然后我们可以与未受保护的丙氨酸形成肽键，然后在温和的条件下去除PG。

我们已经探讨过的一种氮保护基团策略是加布里埃尔合成它使用邻苯二酰亚胺(你可以把邻苯二酰亚胺想象成受保护的氮)。这实际上已被用于合成Gly-Gly(“甘氨酸”)[注2] !然而，其中一个问题是，安装和移除邻苯二酰亚胺基团都需要相对恶劣的条件(充足的热量)，这对敏感的手性氨基酸的生存不是一个非常健康的环境，因为它们很容易外消旋。

另一种可能的选择是将氮作为酰胺来保护，但裂解酰胺也需要苛刻的条件。此外，由于我们试图在这里建立酰胺键(肽)，我们可能会在移除它时遇到选择性问题——为了拯救它而摧毁村庄。［注3］

6.伴侣!使用氨基甲酸酯，伙计!

最受欢迎的保护组的选择胺氮是氨基甲酸酯官能团。一个氨基甲酸酯看起来像个私生子酯酰胺，N和O在a的两侧羰基．

a的氮氨基甲酸酯是相对非亲核的，而且氨基甲酸酯是:

• 易于安装在氮气上
• 对各种不同的反应条件都不活泼
• 容易删除，不影响现有的酰胺基团

这使得它们非常适合我们的目的。

7.Boc和CBz是蜜蜂的膝盖

两个受欢迎的氨基甲酸酯保护群体有中行（t-Butyloxycarbonyl)和卡马西平(carboxybenzyl)。

对于我们的目的，这两个保护基团可以被认为或多或少是等效的，因为任何一个都可以有效地用于多肽合成。

关键的区别在于如何删除它们(即“去保护”步骤)。一旦你有了一个具有多个保护基团的复杂分子，选择其中一个就变得至关重要;属于“高级综合策略”的范畴，这是Org 3的主题。bdapp平台［注意4］

8.“Boc”保护组的安装和拆卸

Boc组通常安装为“Boc”₂O”(有时称为“Boc anhydride”)，用酸去除。通常的选择是“纯”(即未稀释的)三氟乙酸(TFA)，它非常干净地将Boc基团分离，释放CO₂而且t丁酒精．

9.CBz(或“Z”)氨基甲酸酯保护组的安装和拆卸

Cbz基团(有时进一步缩写为“Z”)可以与CbzCl和弱碱一起安装，通常通过催化加氢(Pd-C/H)去除₂)．这是非常温和的，具有发生在中性pH值的优势，留下酸或碱敏感官能团单独。

10.氨基甲酸酯保护基团合成简单肽

让我们回到肽合成，应用这个保护基团策略来制造Gly-Ala。

我们从l -丙氨酸这样的氨基酸开始。用Boc处理丙氨酸₂O，得到受N-Boc保护的l -丙氨酸。下一步是用SOCl生成酸氯化物₂．一旦成型，我们就加入胺(如l -缬氨酸)在过量碱的存在下，形成我们的关键酰胺键。给二肽的最后一步是去保护boc保护的胺三氟乙酸(TFA)，以及瞧!这是二肽。

虽然这种方法在纸面上可能很好，但在实际中使用酸氯化物的一个问题是手性氨基酸经常失去它们光学纯度通过这种方法，一个过程有时被称为“外消旋化”，但更正确的说法是“外消旋化”。(技术上更正确，因为手性中心的氢是反向的)

由于氨基酸的手性对其生物功能至关重要，因此通常使用一种稍微温和的方案DCC或者类似的偶联试剂。

在这里，我们用DCC激活羧酸．然后加入氨基酸亲核试剂(l -丙氨酸)，形成二肽。如果我们想在这一点上分离Gly-Ala二肽，我们可以用TFA去除Boc基团。

（注5关于这个计划)

11.它还在继续……

注意，如果我们想要制造一个三肽，我们可以不断地进行添加循环DCC(以激活羧酸)，然后加入新的氨基酸，一次生成一个单位的肽!

布鲁斯·梅里菲尔德(Bruce Merrifield)开创了一种特别有效的合成长肽的方法(并应用于胰岛素的合成等)，称为固相肽合成，我们将在下次讨论这个话题时讨论。

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笔记

注1．类似于一个关于经济学家提出一个脱离荒岛计划的老笑话:

假设我们有一艘船。

甘氨酸(像所有氨基酸一样)本身是一种两性离子．SOCl对甘氨酸的处理₂会产生带有质子化的氯酸吗胺．只要不加入碱，它在溶液中应该是相对稳定的。

问题来了。因为我们的氨基酸亲核试剂(丙氨酸)也是两性离子，没有反应可以发生，直到多余的碱加入释放孤对丙氨酸氮。加入碱后，溶液中有甘氨酸酸氯和丙氨酸。没有明显的差别亲核性在这两种物质的氮之间，每一种物质都会和酸性氯化物发生反应亲核试剂，生成Gly-Ala和Gly-GlyCl的混合物，然后Gly-GlyCl可以进一步与溶液中预设的各种亲核试剂反应，得到三肽、四肽和更高肽。

注2．约翰·希恩，我们见过他早些时候作为发明DCC在第一个合成青霉素的过程中，还通过加布里埃尔合成了酞基保护的Gly-Gly:

参考资料(JACS, 1949, 71,1856)

注3．使用酰胺保护基团的另一个问题是吖内酯的形成，这可能导致手性氨基酸的外二聚化。也看到这个习题集．

注4。”正交保护组”。在综合规划中，具有在不同条件下可以移除的保护组通常是至关重要的。这种性质通常被称为“正交性”。

例如，在下面的二肽中，我们在氮上有两个不同的保护基团——一个Boc和一个CBz。通过选择“正交”保护基团，每个氮都是可寻址的-我们可以选择去除哪个保护基团，我们的合成可以从那里开始。这样就避免了两个人不受保护的情况胺而且必须依赖于其中一个比另一个反应性更强。这些方法很少奏效!

注5。注意，为了简单起见，这里用free表示丙氨酸羧酸但更好的方法是使用甲基酯避免游离丙氨酸之间的任何自耦合胺丙氨酸和游离的羧酸．

伴侣……

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(高级)参考资料和进一步阅读

氨基甲酸酯是很有用的保护基团胺，最常用的是-Boc， -Cbz和-Fmoc。

1. Über ein allgemeines Verfahren der Peptid‐Synthese
   马克斯·伯格曼和列奥尼达·泽瓦斯
   的误码率。1932，65(7), 1192 - 1201
   DOI:10.1002 / cber.19320650722
   1932年Max Bergmann和Leonidas Zervas首次使用-Cbz(羧基苄基)保护基合成多肽，有时缩写为“-Z”以纪念Zervas。
2. 用三氟乙酸去除t -丁基和t -丁氧基羰基保护基团
   清除剂的机理、双产物形成及评价
   Behrend F. Lundt, Nils L. Johansen, Aage Vølund和Jan Markussen
   j . Pept。普罗特。Res。1978年,12(5), 258 - 268
   DOI:10.1111 / j.1399-3011.1978.tb02896.x
   实际上是亲核的食腐动物(例如硫醇)通常在去保护时添加到酸鸡尾酒(TFA)中，因为Boc的去保护会产生亲电的t-丁基(例如三氟乙酸t-丁基)，它们可以与敏感的残基(例如色氨酸或Cys)反应。
3. 以催产素合成为例的长肽链合成方法
   Miklos Bodanszky和Vincent du Vigneaud
   美国化学学会杂志1959年,81(21), 5688 - 5691
   DOI:1021 / ja01530a040
   在20场比赛的前半部分^th世纪以来，多肽合成是用标准有机化学溶液相技术完成的。这就是现在所说的LPPS(液相多肽合成)。1955年，杜维格诺获得诺贝尔化学奖，因为他的工作表明，使用正确的保护基团和合成策略，可以实现多肽合成。
4. 氨基酸酰基衍生物与乙酸酐外消旋反应中偶氮内酯环的临时形成
   文森特·杜·维格诺和柯蒂斯·e·梅耶
   生物。化学。1932，99: 143 - 151
   DOI:10.1016 / s0021 - 9258 (18) 76075 - 4
   使用酰胺保护基团的另一个问题是氮内酯的形成，这可能导致手性氨基酸的外二聚化。
5. 多肽合成的新途径
   约翰·c·希恩和维克多·s·弗兰克
   美国化学学会杂志1949年,71(5), 1856 - 1861
   DOI：10.1021 / ja01173a095
   约翰·希恩，发明了DCC在第一次合成了青霉素，还通过加布里埃尔合成了酞基保护Gly-Gly。
6. 形成肽键的新方法
   约翰·c·希恩和乔治·p·赫斯
   美国化学学会杂志1955年,77(4), 1067 - 1068
   DOI:1021 / ja01609a099
   原始论文的合成肽键/酰胺键使用DCC．
7. 9-芴甲氧羰基功能，一种新的碱敏感氨基保护基团
   路易斯·a·卡尔皮诺，格蕾丝·y·汉
   美国化学学会杂志1970年,92(19), 5748 - 5749
   DOI：10.1021 / ja00722a043
8. 9-芴甲氧羰基氨基保护基
   路易斯·a·卡尔皮诺，格蕾丝·y·汉
   有机化学杂志197237(22), 3404 - 3409
   DOI：10.1021 / jo00795a005
   -Fmoc保护基团的发现和发展胺添加另一层正交胺保护和去保护策略。-Fmoc基团是碱不稳定的，在多肽合成中通常用20%哌啶去除DMF．Cbz用氢化法脱除，-Boc用酸脱除，-Fmoc用碱脱除。