新型光控保护基(2-重氮基-3-苯基-4H-磺酰基苯并噻喃)在氨基酸保护-光控脱保护反应中的应用

洪丽虹, 程艳丽, 杜旭泽, 张有来

(天津理工大学 化学化工学院，天津　300384)



·研究简报·

新型光控保护基(2-重氮基-3-苯基-4H-磺酰基苯并噻喃)在氨基酸保护-光控脱保护反应中的应用

洪丽虹, 程艳丽, 杜旭泽, 张有来*

(天津理工大学 化学化工学院，天津300384)

将新型磷酸基光控保护基(2-重氮基-3-苯基-4H-磺酰基苯并噻喃,PPG)应用于氨基酸[甘氨酸(1a), L-丙氨酸(1b), L-苯丙氨酸(1c)和L-脯氨酸(1d)]的保护-光控脱保护反应。产物结构经1H NMR,13C NMR和HR-FAB-MS表征。研究了物料比r[n(PPG) ∶n(1a)],催化剂和反应温度对2a收率的影响。结果表明：在最佳反应条件[1a 0.1 mmol,r=1.25,于室温反应65 h]下，2a收率80%。FL监测光控脱保护反应表明：反应在15 min内完成。

苯并噻喃; 光控保护基; 氨基酸; 光反应; 应用

多肽药物是生物和医药技术领域的重点研究方向[1]。据全球肽治疗基金会调查，神经系统药、心血管药和抗肿瘤药三大类药物位于处方药前三名。其中，蛋白质多肽类药物在抗肿瘤药物中排名第一[2]。目前，虽然我国多肽药物的市场销售额保持快速的增长势头。但与发达国家相比

Scheme 1

较,其品种,产量和开发能力,均有较大差距，不能满足市场需求。

常用的多肽合成法为：将目标肽链的首个氨基酸的羧基以共价键的形式与固相载体(高分子树脂)相连，再以结合在固相载体上的氨基酸的氨基作为合成起点，脱去氨基保护基并同活化的羧基反应以延长肽链。通过不断重复这一步骤(缩合成肽-洗涤-脱保护-洗涤-合成成肽)，直到合成目标肽链[3-4]。从原理可以看出，多肽药物合成的关键步骤在于氨基酸的保护和脱保护过程。Boc是多肽合成中应用最普遍的保护基。其缺点在于：脱除Boc时需采用三氟乙酸(TFA)，在合成过程中，不可避免的需要反复用TFA脱保护基，这会导致肽从固定树脂上脱落或产生其他侧链副反应，使多肽药物收率降低甚至合成失败。此外，由于后处理工艺复杂，也会导致收率降低[5]。

光控保护基是一类含有光敏发色基团的保护基[6-7]，可在特定波长光照下脱保护，从而迅速释放被保护化合物，具有反应条件温和，不使用酸碱催化等优点，是生物医药领域的新热点[8-9]。根据Paterno-Büchi光反应机理设计并合成的新型光控保护基——2-重氮基-3-苯基-4H-磺酰基苯并噻喃(PPG)，已成功应用于磷酸衍生物的保护和光控脱保护[10]。本文在此基础上，将PPG应用于氨基酸[甘氨酸(1a), L-丙氨酸(1b), L-苯丙氨酸(1c)和L-脯氨酸(1d)]的保护-光控脱保护反应(Scheme 1)。产物结构经1H NMR,13C NMR和HR-FAB-MS表征。研究了物料比r[n(PPG)∶n(1a)],催化剂和反应温度对2a收率的影响。采用荧光光谱法监测了光控脱保护过程。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

3900型紫外-可见分光光度计[石英比色皿:10 mm×10 mm×30 mm; 激发光源为紫外光(1.5 W, 365 nm)]； F-4500型荧光分光光度计；JEOL 400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Waters Acquity UPLC Class I/Xevo G2Q-Tof型液质联用仪；Agilent 7890A-5975C型气质联用仪。

PPG按文献[10]方法合成；其余所用试剂均为分析纯，Alfa和Aladdin公司，其中乙酸乙酯，二氯甲烷，乙醇，氯仿使用前经蒸馏纯化。

1.2合成

(1) 保护反应(以2a为例)

在反应瓶中加入PPG 39 mg(0.125 mmol), 1a 18 mg(0.1 mmol)和三氯甲烷2 mL，搅拌使其溶解；于室温反应65 h(TLC检测)。用二氯甲烷(3×10 mL)萃取，合并有机相，用无水MgSO4干燥，抽滤，滤液减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析[洗脱剂A：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=2 ∶1]纯化得黄色固体2a 37 mg。

仅改变反应时间，用类似方法合成黄色固体2b～2d。

2a: 收率80%;1H NMRδ: 8.19(d,J=8.0 Hz, 1H), 8.10(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.90(dd,J=8.0 Hz, 7.6 Hz, 1H), 7.78(dd,J=8.0 Hz, 7.6 Hz, 1H), 7.50～7.47(m, 3H), 7.28～7.26(m, 2H), 5.13(s, 2H), 4.98(brs, 1H), 3.95(s, 2H), 1.44(s, 9H);13C NMRδ: 178.3, 169.5, 155.6, 144.5, 144.3, 140.6, 134.8, 133.3, 130.8, 129.8, 129.0, 128.98, 128.6, 123.1, 80.1, 58.4, 42.3, 29.7, 28.3; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C23H24NO7S{[M+H]+}458.127 3, found 458.127 9。

2b(60 h): 收率74%;1H NMRδ: 8.21(d,J=8.0 Hz, 1H), 8.10(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.90(dd,J=8.0 Hz, 7.6 Hz, 1H), 7.80(dd,J=8.0 Hz, 7.6 Hz, 1H), 7.50～7.48(m, 3H), 7.29～7.27(m, 2H), 5.09(s, 2H), 4.65(t,J=6.7 Hz, 1H), 1.91(dq,J=14.5 Hz, 7.3 Hz, 2H), 1.38(s, 9H), 1.30(t,J=7.0 Hz, 3H);13C NMRδ: 178.7, 154.8, 154.5, 146.7, 143.5, 141.7, 134.6, 134.0, 132.1, 129.8, 129.5, 129.2, 128.8, 128.5, 123.7, 79.8, 62.3, 58.7, 28.7, 20.1, 16.5; HR-FAB-MSm/z: Calcd for C25H27NO7SNa{[M+Na]+}508.140 6, found 508.140 3。

2c(70 h): 收率85%;1H NMRδ： 8.18(d,J=8.0 Hz, 1H), 8.08(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.87(dd,J=8.0 Hz, 7.5 Hz, 1H), 7.76(dd,J=7.0 Hz, 8.0 Hz, 1H), 7.46～7.45(m, 3H), 7.35～7.15(m, 5H), 5.03(s, 2H), 4.56～4.53(m, 1H), 3.18～2.8 (m, 2H), 1.39(s, 6H), 1.26(s, 3H);13C NMRδ: 178.6, 176.0, 155.3, 147.7, 142.7, 140.0, 135.8, 134.7, 133.4, 130.6, 129.6, 129.4, 129.3, 129.1, 129.0, 128.6, 128.4, 127.1, 123.1, 80.3, 58.1, 54.2, 37.7, 28.2; HR-FAB-MSm/z: Calcd for C30H29NO7SNa{[M+Na]+}570.156 2, found 570.155 9。

2d(60 h): 收率78%;1H NMRδ： 8.20(d,J=7.5 Hz, 1H), 8.10(d,J=7.5 Hz, 1H), 7.89(dd,J=8.0 Hz, 7.5 Hz, 1H), 7.79(dd,J=8.0 Hz, 7.5 Hz, 1H), 7.48～7.47(m, 3H), 7.37～7.36(m, 2H), 5.02(s, 2H), 4.35～4.23(m, 1H), 3.45(t,J=49.0 Hz, 2H), 2.29～1.95(m, 2H), 1.95～1.89(m, 2H), 1.48～1.42(m, 9H);13C NMRδ: 178.6, 174.7, 156.5, 147.8, 142.7, 134.0, 134.6, 133.4, 130.6, 129.6, 129.4, 129.1, 129.0, 128.4, 123.0, 81.4, 59.1, 56.9, 47.0, 30.8, 28.3, 24.3; HR-FAB-MSm/z: Calcd for C26H27NO7SNa{[M+Na]+}520.140 6, found 520.140 5。

(2) 光控脱保护反应[10](以1a为例)

在比色皿中加入2a 45 mg(0.1 mol)和三氯甲烷3 mL，光照反应15 min(TLC监测)。用二氯甲烷(3×10 mL)萃取，合并有机相，用无水MgSO4干燥，减压蒸除溶剂，剩余物经硅胶柱层析(洗脱剂:A)纯化得被保护氨基酸甘氨酸1a 17 mg(收率98%)和2-亚甲基-苯并呋喃并[4,3-b]磺酰基苯并噻喃27 mg。

用类似方法制得1b～1d，收率分别为96%, 99%和95%。

2　结果与讨论

2.1保护反应条件优化

以1a的保护反应为例，考察了r[n(PPG)∶n(1a)]，催化剂和反应温度对2a收率的影响，结果见表1。

表1　1a的保护反应条件优化*

*1a 0.1 mmol,其余反应条件同1.2(2)。

[10]方法，收率80%(No.1)。在温和的反应条件下,适当延长反应时间(No.3～No.5)，收率较高(75%～81%)。其中，不加10%盐酸，于室温反应65 h，收率80%(No.4)。

综上所述，保护反应的最佳反应条件为：1a 0.1 mmol,r=1.25,于室温反应65 h， 2a收率80%。

2.2光控脱保护反应

以2a光控脱保护反应为例，采用FL监测了反应进程，结果见图1。由图1可见，随着光控脱保护反应的进行，被保护化合物逐渐释放，光敏结构转变成强荧光的四环化合物。荧光强度在15 min后趋于稳定，说明光控脱保护反应在15 min内完成。

Time/min

Figure 1 FL curve of photodeprotecting reaction of 2a

3 结论

将新型光控保护基——2-重氮基-3-苯基-4H-磺酰基苯并噻喃应用于氨基酸(甘氨酸,L-丙氨酸,L-苯丙氨酸和L-脯氨酸)的保护-光控脱保护反应，效果较好。光控脱保护反应可用FL监测。本研究对光控保护基在多肽药物合成中的应用有一定借鉴价值。

参考文献

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Application of A Novel Photolabile Protecting Group [2-(Diazomethyl)-3-phenyl-4H-thiochromen-4-one 1,1-dioxide] In Protection-photodeprotection of Amino Acids

HONG Li-hong,CHENG Yan-li,DU Xu-ze,ZHANG You-lai*

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China)

A novel photolabile protecting group, 2-(diazomethyl)-3-phenyl-4H-thiochromen-4-one 1,1-dioxide(PPG), was applied to the protection and photodeprotection of amino acids, including glycine(1a), L-alanine(1b), L-phenylalanine(1c) and L-proline(1d). The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and HR-FAB-MS. Effect of mole ratio{r[n(PPG)∶n(1a)]}, catalyst and reaction temperature on yield of 2a were investigated. The results indicated that yield of 2a was 80% under the optimum conditions[1a 0.1 mmol,r=1.25, reaction at rt for 65 h]. The photodeprotection, which was detected by FL, completed in less than 15 min.

thiochromoneS,S-dioxide; photolabile protecting group; amino acid; photo-reaction; application

2016-05-16

国家自然科学基金资助项目(21303120)； 天津市自然科学基金资助项目(13JCYBJC42100)； 天津市“131”创新型人才培养工程第三层次； 天津市高等学校大学生创新创业训练计划项目(201410060024)

洪丽虹(1993-)，女，汉族，浙江宁波人，学士，主要从事药物化学和光化学的研究。 E-mail: 810160732@qq.com

通信联系人： 张有来，博士研究生，讲师， E-mail: youlaimail@163.com

O621.3; O626.3

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.08.16127