29022-11-5 / Fmoc-甘氨酸的應用

【背景及概述】^[1][2]

肽在生物的生長、發育和代謝中起著重要作用，它是由具有一定序列的氨基酸通過肽鍵組成的。兩個氨基酸組成的叫二肽，三個氨基酸組成的叫三肽，依次一般氨基酸數目小于 10 個的叫小分子肽或寡肽，大于 10 個的叫多肽。氨基酸都具含有氨基和羧基，中性條件下以兩性離子存在，彼此不會聚合成肽因此要合成一定序列的肽不僅需要活化羧基，而且還需保護不反應的 α-氨基以及側鏈活潑基團。多肽合成離不開保護氨基酸，氨基酸保護基的不同對多肽合成的效率和產率有很大的影響。根據合成肽時側鏈的活性，可把自然界中 20 種氨基酸分為惰性側鏈氨基酸（如：Gly、Leu、Ile、Ala、Val 和 Phe 等）和活潑側鏈氨基酸（如：側鏈羧基、側鏈氨基、側鏈硫醇基和側鏈雜環基等）。前一類只需保護 α-氨基，后一種氨基酸還需保護側鏈活潑基團。由于主鏈保護基在接肽時脫去，側鏈保護基在接肽后脫去，因此這兩種保護基必需具有不同的脫去條件。不同的氨基酸需要適合自己的保護基團，并且隨著合成肽種類的不同，選擇保護基的方案也不同。首先要保證高反應收率的情況下對需要保護的基團有選擇性的保護，且保護后的氨基酸要有一定的穩定性。其次，保護基在接肽反應后高收率地選擇性脫去，且不影響生成的肽鍵?，F在能夠用溫和條件脫去的保護基發展比較迅速。

Fmoc-甘氨酸為Fmoc保護的甘氨酸。芴甲氧羰基（Fmoc）為堿敏感保護基，能在濃氨水或二氧六環-甲醇-4N NaOH（30：9：1）以及哌啶、乙醇胺、環己胺、1，4-二氧六環、吡咯烷酮等氨類的 50％二氯甲烷溶液中脫去。在碳酸鈉或碳酸氫鈉等弱堿性條件下，一般用 Fmoc-Cl或 Fmoc-OSu引入Fmoc保護基。相對 Fmoc-Cl來說，Fmoc-OSu更容易控制反應條件，且副反應較少。在酸性條件下，Fmoc保護基特別穩定，而對堿性條件則非常敏感，故通常與酸敏感保護基Boc或Z一起使用保護含有活潑側鏈基團的氨基酸。Fmoc 具有很強的紫外吸收，最大吸收波長為 267nm（ε18950），290nm（ε5280），301nm（ε6200），因此可用紫外吸收來檢測，給儀器自動多肽合成帶來許多方便。再者可與大范圍的溶劑、試劑相兼容，機械穩定性高，可用多種載體和多種活化方式等。因此當今多肽合成中最常用的就是 Fmoc 保護基團，如Fmoc-甘氨酸。還有一些堿敏感的保護基，如：甲硫異氧羰基（Mtoc），甲砜乙氧羰基（Msc）等。

【結構】

【應用】 ^[2]

Fmoc-甘氨酸為Fmoc保護的甘氨酸，主要用于合成多肽，氨基酸保護基的不同對多肽合成的效率和產率有很大的影響。如Fmoc-甘氨酸可以用于制備一種甘氨酸衍生物緩蝕劑，通過酰胺化反應在甘氨酸分子上接入Fmoc-保護基團和疏水長鏈，通過雜原子（N、O等或不飽和鍵）和含π電子的雙苯環吸附于金屬，疏水長鏈阻擋水分 子，使其在鋼鐵表面形成一道保護膜，達到防腐的目的。具體包括以下步驟：

1) Fmoc-甘氨酸的合成

將6-6.5mmol甘氨酸和6.3-6.5mmol芴甲氧羰酰琥珀酰亞胺加入20-30mL二 甲基甲酰胺溶劑中反應，隨后加入NaHCO₃除去溶劑和殘余的胺類化合物，在 50℃真空烘箱中干燥過夜，得到Fmoc-甘氨酸；

2）Fmoc-甘氨酸酰氯的合成

將4.42-4.5mmolFmoc-甘氨酸加入25-35mLCH₂Cl₂中，N₂保護條件下加入 4.42-4.5mmolSOCl₂，50℃回流反應4h，得Fmoc-甘氨酸酰氯；

3）Fmoc-甘氨酸酰胺的合成

向4.42-4.5mmolFmoc-甘氨酸酰氯中加入4.42-4.5mmol十八胺、20mL CH₂Cl₂溶液，再加入0.5-1g無水碳酸鈉，50℃反應24h，得到黃色固體，利用 層析柱分離法純化產物。

【合成】^[1]

甘氨酸是最簡單的氨基酸，在固相合成中，要把氨基保護起來才能接肽。用 Fmoc-Cl 于10％碳酸鈉溶液和二氧六環條件下，低溫與甘氨酸反應，可制得Fmoc-甘氨酸。實驗過程中用薄層色譜監控反應進度，T.L.C 展開劑為：V(Et OH)：V(CHCl3)＝1：3，試驗方程式如下：

Fmoc-甘氨酸合成具體步驟如下：3.0g 甘氨酸溶解于 115ml 10％Na₂CO₃中，冷卻到-4～0℃，11.2g Fmoc-Cl 溶解于 35.0ml 丙酮滴加到體系中，滴加完畢，冰浴攪拌 30min，然后室溫攪拌 2.0h。用薄層色譜監控反應進度，反應完畢，倒入 400ml 水中，乙醚萃取兩次，冷卻并用濃鹽酸調節 pH2 左右，析出大量白色固體，用 50 ml 乙酸乙酯萃取三次，無水硫酸鎂干燥，減壓蒸餾除去溶劑，用石油醚析出，得到 11.5g Fmoc-甘氨酸。提純后，高效液相色譜測得產品純度為 97.35％，

【主要參考資料】

[1] 杜秀敏. Fmoc 系列保護氨基酸的制備研究[D]. 南京工業大學, 2004.

[2] 何毅;楊冉冉;周艷秋;范毅;卿大詠;馬蘭;詹迎青.一種甘氨酸衍生物緩蝕劑及其制備方法. CN201511019082.5，申請日2015-12-29