分享一篇发表在JACS上的文章。文章的题目是基于光催化C–X键断裂的多肽合成方法学革新。文章的通讯作者是来自上海交通大学化学化工学院的王平研究员。该课题组聚焦于糖蛋白与糖肽的化学合成及合成方法学研究。

选择性裂解碳-杂原子（C–X）键的能力在化学科学中具有至关重要的意义，其应用范围涵盖从肽与蛋白质合成到生物分子修饰等多个领域。在基于芴甲氧羰基/叔丁基（Fmoc/tBu）策略的固相肽合成（SPPS）中，C–X 键的裂解被广泛采用。然而，基于TFA的保护基策略存在多种问题：疏水基团（如tBu、Boc、Trt）易引起肽链聚集；N-甲基化肽在强酸条件下不稳定；某些保护基（如Pbf-Arg）需长时间TFA处理，增加肽骨架断裂风险；翻译后修饰残基（如苄基保护的磷酸化氨基酸）也易受TFA破坏。TFA脱保护还会产生碳阳离子等副产物，导致不可逆修饰。

针对这一挑战，该课题组提出了一种基于 Fmoc/吡啶甲基（Pic）平台的固相肽合成策略。通过将Pic保护基替代传统的叔丁基（tBu），利用光催化在中性温和条件下实现 C–X 键断裂，从而实现了在不使用 TFA 的前提下完成对侧链全局性脱保护。

研究结果表明，在pH 4.0–5.0的PBS/MeOH体系中，以抗坏血酸为还原剂、Ru(bpy)₃Cl₂为光催化剂，节能灯（CFL）照射20分钟即可完成Pic保护丝氨酸的定量脱保护。质子化吡啶对反应至关重要，pH≥7时转化率显著下降。蓝色或绿色LED也可驱动反应，但效率略低。无金属催化剂4-CzIPN同样有效，表明可避免贵金属使用。对照实验证实光催化剂、还原剂和光照缺一不可。

与传统的TFA介导tBu保护基裂解相比，基于吡啶甲酰基（Pic）的光脱保护策略具有显著优势：反应条件更温和，操作效率更高。在标准光解条件（10 W CFL，20分钟，pH 5.0）下，所有Fmoc/Pic保护的氨基酸均实现完全脱保护，平均分离产率约90%。该方法尤其解决了SPPS中长期存在的精氨酸脱保护难题——传统Pbf保护的精氨酸需长时间TFA处理，易导致肽主链断裂或降解，而Pic保护的精氨酸可在温和、中性水相条件下快速、清洁脱除。

对于半胱氨酸、酪氨酸和色氨酸等亲核性残基，长期TFA处理易诱发磺酰阳离子生成、不可逆S-烷基化及芳环酰化等副反应。

Fmoc/Pic策略还成功拓展至磷酸化氨基酸和非经典氨基酸。传统方法中苄基保护的磷酸酯因离去能力差难以脱除，而Pic保护的磷酸化氨基酸在pH 4条件下30分钟内即可完全脱保护，分离产率超85%。该策略对C–O、C–N、C–S键均有效，且与Fmoc、苄基、Boc等基团正交兼容，甚至对酯基等敏感官能团也表现优异。

为进一步验证实用性，本研究采用Sieber树脂合成了9种C端酰胺肽，完全避免了TFA的使用。肽链延伸后，Pic基团在最终阶段通过一锅法光解全局脱除。氧化敏感的蛋氨酸在光条件下保持完整，无需额外还原剂。该方法还适用于含多个Pic基团的长肽，甚至40氨基酸长度的肽序列，显示出优异兼容性。

此外，Pic基团显著增强肽的亲水性，如HIV-1蛋白酶片段和酰基载体蛋白片段在反相HPLC中保留时间明显缩短，优于传统Fmoc/tBu策略。除Sieber树脂外，2-CTC树脂等酸敏感载体也适用于该策略，可用于合成C端羧酸肽。

该课题组继续开发了一种新型光敏树脂接头，可在可见光照射下同步实现肽链从树脂的切割及全局脱保护。该二苯基(4-吡啶基)甲基接头专为C端羧酸肽的光控释放设计。经过对树脂和溶剂的系统筛选，最终确定采用聚苯乙烯基Rink Amide-AM树脂，并在THF/PBS体系下获得最佳光解效率。将该光解系统整合至全自动肽合成仪后，实现了真正的全流程自动化SPPS，无需传统TFA切割及后续处理。

该技术为酸敏感肽及修饰肽的合成提供了一条更温和、高效且无需强酸处理的自动化生产路径。

本文作者：THT

责任编辑：LYC

DOI：10.1021/jacs.5c11459

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c11459