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29022-11-5 / Fmoc-甘氨酸的应用

【背景及概述】[1][2]

肽在生物的生长、发育和代谢中起着重要作用,它是由具有一定序列的氨基酸通过肽键组成的。两个氨基酸组成的叫二肽,三个氨基酸组成的叫三肽,依次一般氨基酸数目小于 10 个的叫小分子肽或寡肽,大于 10 个的叫多肽。氨基酸都具含有氨基和羧基,中性条件下以两性离子存在,彼此不会聚合成肽因此要合成一定序列的肽不仅需要活化羧基,而且还需保护不反应的 α-氨基以及侧链活泼基团。多肽合成离不开保护氨基酸,氨基酸保护基的不同对多肽合成的效率和产率有很大的影响。根据合成肽时侧链的活性,可把自然界中 20 种氨基酸分为惰性侧链氨基酸(如:Gly、Leu、Ile、Ala、Val 和 Phe 等)和活泼侧链氨基酸(如:侧链羧基、侧链氨基、侧链硫醇基和侧链杂环基等)。前一类只需保护 α-氨基,后一种氨基酸还需保护侧链活泼基团。由于主链保护基在接肽时脱去,侧链保护基在接肽后脱去,因此这两种保护基必需具有不同的脱去条件。不同的氨基酸需要适合自己的保护基团,并且随着合成肽种类的不同,选择保护基的方案也不同。首先要保证高反应收率的情况下对需要保护的基团有选择性的保护,且保护后的氨基酸要有一定的稳定性。其次,保护基在接肽反应后高收率地选择性脱去,且不影响生成的肽键。现在能够用温和条件脱去的保护基发展比较迅速。

Fmoc-甘氨酸为Fmoc保护的甘氨酸。芴甲氧羰基(Fmoc)为碱敏感保护基,能在浓氨水或二氧六环-甲醇-4N NaOH(30:9:1)以及哌啶、乙醇胺、环己胺、1,4-二氧六环、吡咯烷酮等氨类的 50%二氯甲烷溶液中脱去。在碳酸钠或碳酸氢钠等弱碱性条件下,一般用 Fmoc-Cl或 Fmoc-OSu引入Fmoc保护基。相对 Fmoc-Cl来说,Fmoc-OSu更容易控制反应条件,且副反应较少。在酸性条件下,Fmoc保护基特别稳定,而对碱性条件则非常敏感,故通常与酸敏感保护基Boc或Z一起使用保护含有活泼侧链基团的氨基酸。Fmoc 具有很强的紫外吸收,最大吸收波长为 267nm(ε18950),290nm(ε5280),301nm(ε6200),因此可用紫外吸收来检测,给仪器自动多肽合成带来许多方便。再者可与大范围的溶剂、试剂相兼容,机械稳定性高,可用多种载体和多种活化方式等。因此当今多肽合成中最常用的就是 Fmoc 保护基团,如Fmoc-甘氨酸。还有一些碱敏感的保护基,如:甲硫异氧羰基(Mtoc),甲砜乙氧羰基(Msc)等。

【结构】

Fmoc-甘氨酸的应用

【应用】 [2]

Fmoc-甘氨酸为Fmoc保护的甘氨酸,主要用于合成多肽,氨基酸保护基的不同对多肽合成的效率和产率有很大的影响。如Fmoc-甘氨酸可以用于制备一种甘氨酸衍生物缓蚀剂,通过酰胺化反应在甘氨酸分子上接入Fmoc-保护基团和疏水长链,通过杂原子(N、O等或不饱和键)和含π电子的双苯环吸附于金属,疏水长链阻挡水分 子,使其在钢铁表面形成一道保护膜,达到防腐的目的。具体包括以下步骤:

1) Fmoc-甘氨酸的合成

将6-6.5mmol甘氨酸和6.3-6.5mmol芴甲氧羰酰琥珀酰亚胺加入20-30mL二 甲基甲酰胺溶剂中反应,随后加入NaHCO3除去溶剂和残余的胺类化合物,在 50℃真空烘箱中干燥过夜,得到Fmoc-甘氨酸;

2)Fmoc-甘氨酸酰氯的合成

将4.42-4.5mmolFmoc-甘氨酸加入25-35mLCH2Cl2中,N2保护条件下加入 4.42-4.5mmolSOCl2,50℃回流反应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无水碳酸钠,50℃反应24h,得到黄色固体,利用 层析柱分离法纯化产物。

Fmoc-甘氨酸的应用

【合成】[1]

甘氨酸是最简单的氨基酸,在固相合成中,要把氨基保护起来才能接肽。用 Fmoc-Cl 于10%碳酸钠溶液和二氧六环条件下,低温与甘氨酸反应,可制得Fmoc-甘氨酸。实验过程中用薄层色谱监控反应进度,T.L.C 展开剂为:V(Et OH):V(CHCl3)=1:3,试验方程式如下:

Fmoc-甘氨酸的应用

Fmoc-甘氨酸合成具体步骤如下:3.0g 甘氨酸溶解于 115ml 10%Na2CO3中,冷却到-4~0℃,11.2g Fmoc-Cl 溶解于 35.0ml 丙酮滴加到体系中,滴加完毕,冰浴搅拌 30min,然后室温搅拌 2.0h。用薄层色谱监控反应进度,反应完毕,倒入 400ml 水中,乙醚萃取两次,冷却并用浓盐酸调节 pH2 左右,析出大量白色固体,用 50 ml 乙酸乙酯萃取三次,无水硫酸镁干燥,减压蒸馏除去溶剂,用石油醚析出,得到 11.5g Fmoc-甘氨酸。提纯后,高效液相色谱测得产品纯度为 97.35%,

【主要参考资料】

[1] 杜秀敏. Fmoc 系列保护氨基酸的制备研究[D]. 南京工业大学, 2004.

[2] 何毅;杨冉冉;周艳秋;范毅;卿大咏;马兰;詹迎青.一种甘氨酸衍生物缓蚀剂及其制备方法. CN201511019082.5,申请日2015-12-29