通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽及其制备方法技术

本发明专利技术涉及通过可见光促进的C‑H烷基化修饰的含组氨酸的多肽及其制备方法。制备方法为：式I化合物、式II化合物和酸在可见光照射条件下发生分子间Minisci烷基化反应，生成多肽或蛋白中组氨酸残基咪唑环修饰的式III化合物。该方法首次实现高选择性的对组氨酸残基咪唑环的C‑2位进行转录后修饰(PTM)，简化了多肽和蛋白中非天然氨基酸的修饰方法，克服了传统多肽和蛋白修饰中存在的氨基酸和官能团不兼容的局限性，扩宽了转录后修饰多肽或蛋白的新方法。该方法为蛋白和多肽药物通过转录后修饰建立新药分子库和高通量活性药物筛选提供高效和全新的方法。

Histidine containing peptide modified by visible light promoted C-H alkylation and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽及其制备方法
本专利技术属于多肽化学合成领域，具体涉及一种通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽及其制备方法。
技术介绍
多肽作为一类非常重要的生物分子，在生命系统里起到了不可或缺的作用。天然或者合成的多肽已经成功作为药用分子使用，并且在新药发展方面是一类不可或缺的角色。相对于全合成而言，对现有多肽的位点选择性修饰可以简化合成步骤，因而使得多肽的活性研究变得更加直接和高效。现在已经发展了很多行之有效的多肽修饰的方法，但是大部分都局限在一些亲核性残基上，比如半胱氨酸(Cys)和赖氨酸(Lys)。摆脱这类束缚将会使得多肽官能化的手段得到极大地扩展。本文介绍了一种直接对多肽分子中普遍处在的一类C-H键进行修饰的方法，该方法提供了另一类能够对多肽在不同活性位点进行选择性修饰的手段。相对已经发展的大量对小分子进行C-H键官能化的研究，对于多肽的C-H键修饰仍然处于起步阶段1,2。其中最大的挑战是须要摆脱多肽链中各类官能团对反应的干扰，从而达到化学选择性对某一特定位点进行高效修饰的目的(如下式)。组氨酸(His)侧链所存在的一个缺电子咪唑杂环，使其成为一个非常重要的蛋白氨基酸，在蛋白质功能，比如同金属离子配位、给体/受体间氢键相互作用、质子转移和亲核催化等方面具有无可替代的作用。因其重要性及较低丰度(约2.2％)，使组氨酸成为一类蛋白修饰的重要位点。然而，同半胱氨酸和赖氨酸相比，组氨酸亲核性更弱，而且也缺少其它独特的性质，使得在组氨酸位点对蛋白质进行选择性修饰变得异常困难，也是蛋白质或多肽标记化学中一个艰巨的挑战。然而自然界却可以利用酶催化的过程选择性对组氨酸的C2进行腺苷甲硫氨酸化(SAM)，为百喉素的生物合成提供了一个非常重要的蛋白质翻译后修饰方法(如下式)(Zhang,Y,etal.Diphthamidebiosynthesisrequiresanorganicradicalgeneratedbyaniron–sulphurenzyme.Nature465,891(2010).)。尽管生物合成方法的机理还没有完全弄清楚，但是我们希望通过缺电子芳环的自由基介导MinisciC-H官能化反应来实现这类键的构建。对组氨酸进行选择性C-H键官能化的关键在于发展一种正交的对特定C-H键的活化方法。此外，这类转化反应必须对不同的多肽片段上的官能团能够很好地兼容。除去其它亲核性基团的干扰，还要避免诸如Cys，Met，His，Trp和Tyr等氧化副反应的发生(Li,S,etal.Chemicalinstabilityofproteinpharmaceuticals:mechanismsofoxidationandstrategiesforstabilization.BiotechnologyandBioengineering48,490-500(1995).)。与具有电中性残基的苯丙氨酸和富电子的酪氨酸和色氨酸不同，组氨酸是这类具有芳环侧链的氨基酸残基中唯一一个具有缺电子杂环咪唑的氨基酸。同时，咪唑环上的氮原子可以在生理学条件下被质子化，从而使得咪唑环上C-2成为多肽侧链或者骨架上一个特殊的亲电位点。我们猜想咪唑环的亲电性可以被用于Minisci自由基介导的C-H键烷基化反应，从而实现组氨酸的化学选择性修饰。在Minisci反应中，亲电性烷基自由基可以加成到咪唑环的C2位，随后发生单电子转移，以及去质子化/重芳构化得到烷基化产物。然而,目前对组氨酸Minisci反应的研究并未取得有效进展。近年来，氧化条件下形成的C中心自由基对缺电子杂环芳烃的C-H官能团化的研究取得了显著的进展，例如众所周知的Minisci反应，这为杂环芳烃的烷基化修饰提供了新方法(Duncton,M.A.J.Miniscireactions:versatileCH-functionalizationsformedicinalchemists.Med.Chem.Comm.,2,1135-1161(2011).)。我们设想组氨酸中缺电子咪唑环的亲电性是否也可以发生Minisci自由基介导的C-H键烷基化反应。亲核性烷基自由基可以加成到咪唑环的C2位，随后发生单电子转移，经去质子化/重芳构化得到烷基化产物，从而实现组氨酸的选择性化学修饰。然而，目前没有在温和条件下对多肽或蛋白中组氨酸残基选择性Minisci反应的相关报道。值得一提的是，Jain等人报道了一种简单组氨酸衍生物上C-H烷基化的反应，该反应利用组氨酸游离的羧酸作为自由基给体，高温下(NH4)2S2O8作为氧化剂，在较为剧烈的条件下，以中等的收率得到产物1-a(Jain,R,etal.RegiospecificalkylationofhistidineandhistamineatC-2.Tetrahedron53,2365-2370(1997).)。因此，如何利用Minisci反应在比较温和的条件下，对没有保护的肽链中的组氨酸残基进行高效、高选择性C-H烷基化是目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽及其制备方法。本文我们报道了一种利用式Ⅱ化合物(1，4-二氢吡啶衍生物，DHP-R)作为烷基化试剂，在可见光照射以及惰性气氛条件下，对组氨酸咪唑环C2位高效、高选择性进行修饰的C-H烷基化的方法。该方法可以在很温和的条件下进行，同时对一系列多肽及DHP-R试剂都有很好地普适性。对机理的研究显示DHP-R试剂在反应中不仅作为烷基自由基源，同时可以作为氧化剂来接收氢原子。因此，该反应不需要额外的氧化剂，从而很大程度上避免了因氧化而带来的副反应。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽类化合物的制备方法，将式Ⅰ化合物、式Ⅱ化合物和酸加入溶剂中，在惰性环境和光催化的作用下，发生MinisciC-H官能化反应，粗产物经乙醚沉淀后反相制备，得到式Ⅲ化合物；所述式Ⅰ化合物为含有组氨酸的肽链或蛋白质；式Ⅰ化合物组氨酸(His)在不同位置都有(C端、N端和肽链中间)，所以位置上没有特殊的要求，对多肽的长度，最长的有76个氨基酸；AA指的是氨基酸的简写。所述MinisciC-H官能化反应的反应位点为组氨酸的咪唑环的C2位；所述式Ⅱ化合物中的R为含有包括羟基、羧基醚键、双键、三键、叠氮基、炔基、磺酸基、氨基、卤素以及具有双亲性的聚乙二醇链的开链或者环状二级和三级烷基；所述酸为有机酸或无机酸，所述酸的加入量大于等于零。作为上述制备方法的进一步改进，所述式Ⅱ化合物中R代表的具体烷基如下：作为上述制备方法的进一步改进，所述酸选自三氟乙酸(TFA)、甲酸、乙酸、盐酸、硫酸或磺酸中一种。作为上述制备方法的进一步改进，所述溶剂选自有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶剂中一种；所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、四氢呋喃、1，4-二氧六环、2,2,2-三氟乙醇或六氟异丙醇。混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽类化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n

【技术特征摘要】
1.通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽类化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：



将式Ⅰ化合物、式Ⅱ化合物和酸加入溶剂中，在惰性环境和光催化的作用下，发生MinisciC-H官能化反应，得到式Ⅲ化合物；
所述式Ⅰ化合物为含有组氨酸的肽链或蛋白质；
所述MinisciC-H官能化反应的反应位点为组氨酸的咪唑环的C2位；
所述式Ⅱ化合物中的R为含有包括羟基、羧基、醚键、双键、三键、叠氮基、炔基、磺酸基、氨基、卤素以及具有双亲性的聚乙二醇链的开链或者环状二级和三级烷基；
所述酸的加入量大于等于零。


2.根据权利要求1所述的通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽类化合物的制备方法，其特征在于，所述式Ⅱ化合物中R代表的具体烷基如下：





3.根据权利要求1所述的通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽类化合物的制备方法，其特征在于，所述酸选自三氟乙酸(TFA)、甲酸、乙酸、盐酸、硫酸或磺酸中一种。


4.根据权利要求1所述的通过可见光促进的C-H烷基化修饰的含组氨酸的多肽类化合物的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶剂中一种；所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、四氢呋喃、1，4-二氧六环、2,2,2-三氟乙醇(TFE)或六氟异丙醇(HFIP)。


5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，陈小平，叶发荣，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31