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硫肽手性保持构建,两种无机硫组合实现,中国化工网,okmart.com
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硫肽手性保持构建,两种无机硫组合实现
2021年11月17日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

硫肽手性保持构建,两种无机硫组合实现 中国化工网,okmart.com

图1. 肽类药物市场

肽,作为生命激素、神经递质、生长因子、受体蛋白的配体等小分子蛋白,在生命现象中扮演着至关重要的作用,因此成为药物开发的核心结构之一。在过去的六十年里,上市的多肽药物获批量稳步增长,截止2019年底已有52个上市(图 1-1)。目前受批的多肽药物中,常见适应症是与内分泌异常(17%)、新陈代谢紊乱(17%)、肿瘤(17%)和心血管异常(11%)有关,被广泛用于治疗多种疾病,如癌症、肝炎、糖尿病、艾滋病等(图 1-2)中国化工网okmart.com。与传统的小分子药物相比,肽类药物具有明确而优异的生物活性、高特异性、低免疫原性;而与相关大分子蛋白生物药物相比,生产成本更低。然而,口服生物利用度低、代谢稳定性差、体内半衰期短却成了自然性肽类结构成药的制约因素。通过多肽定点功能化修饰来延长肽类药物半衰期的策略,成为肽类药物开发中不可或缺的化学工具。

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图2. 硫肽的生物学与药学意义

硫肽,是拟肽成药的重要手段之一。自然界中也大量存在天然硫肽,如甲烷杆菌素(Methanobactin)、维里硫酰胺类抗生素(Thioviridamide)和半胱氨酸酰胺(Cycasthioamide)。药物设计中,通过简单地把氧羰基替换为硫羰基,将硫酰胺键定点选择性引入多肽骨架,不会大幅改变多肽的立体构型,却可以提供不同的化学与物理性质。硫原子的引入,会使水解速率大幅降低、生物利用度提高、靶向络合性增强、生物活性显著增强。例如,N-cyclohexylethyl-ETAV作为一种有关缺血性脑疾病、神经性疼痛和阿尔茨海默病潜在靶点的四肽抑制剂,其中硫酰胺在3号位点的替换,可将其在人体血液中的代谢周期提升28倍(图2)。因此,硫肽的选择性构建便成了拟肽药物开发的重要需求。然而,硫酰胺肽传统上通过五硫化二磷及类似物劳森试剂交换硫化来实现,转化过程极易外消旋化,也不能实现区域选择性转化,相应的恶臭与不稳定性也令这一过程变的尤为困难;或者预安装硫到多肽的C端,再与N端反应获得相应硫酰胺肽,步骤经济性与原子经济性又出现新的挑战(图3A)。

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图3. 定点硫多肽合成的挑战

华东师范大学姜雪峰课题组致力于硫化学问题的解决,秉承“从无机硫向有机硫转化”的理念,发展了系列C=S的构建方法:通过廉价易得、稳定无臭的硫化钠、硫化钾、单质硫等合成硫代羰基化合物,如硫酰胺(Org. Lett. 2016, 18, 340)、硫脲(Org. Lett. 2017, 19, 2166)、硫代硫酰胺(Org. Lett. 2019, 21‚ 7484),同时总结出了相应无机硫盐的转化规律。不同反应体系如何选择无机硫盐至关重要:1)盐的水溶性与脂溶性调节如何匹配组分之间偶联的速率问题;2)强碱性阴离子导致手性氨基酸的消旋问题。通过对无机硫转化规律的积累发现,单质硫与硫化钠组合产生的链状硫负离子具有独特而满足此需求的性质:一方面大幅减弱了硫化钠的强碱性;另一方面又可以反转环状S8的低反应性。再运用铜离子与亚胺/胺的配位螯合作用,通过硫化钠与单质硫的比例调节,可以获得开环后链状硫负离子与加成反应速率相匹配的目标(图3B)。

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图4. 硫拟肽库

这一策略实现了氨基酸、氨基醛、单质硫三组分组合构建手性保持的硫酰胺肽,反应具有良好的普适性:多种中性氨基酸可实现中等到优秀的收率及手性保持的转化;即使是空间位阻较大的脯氨酸(3b)和缬氨酸(3j)皆不受限制。值得注意的是含有裸露活性氢的官能团转化也具有优异的兼容性,如脂肪醇、芳基酚-OH(3d-e)、吲哚胺-NH(3f);侧链氨基酸,如蛋氨酸(3c)、谷氨酸(3g)、赖氨酸(3h)都具有良好的兼容性。同时,也实现了非甾体抗炎药(布洛芬、萘普生和依索克酸)衍生物(3m-s)和氨基酸、二肽的链接,这些功能分子在该策略中保持了原有骨架和手性,展示了这个策略对于药物发现的应用潜力(图4)。下载化学加APP,阅读更有效率。

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图5. 机理实验

一系列对照实验描绘出了反应的作用机制:1)标准条件下,不加铜离子,仅能以中等收率和ee值获得相应目标产物3a,佐证铜离子与亚胺/胺配位螯合形成了五元环刚性中间体,环状构型的固定性与立体构象的稳定性成功地抑制了烯胺/亚胺异构化,避免了手性消旋问题。2)在体系当中,如果只加入单一硫源(单质硫或硫化钠),都几乎不能获得目标产物3a,说明了单质硫和硫化钠形成了复合硫缓冲体系的独特性。单独的硫化钠碱性强亲核性强,速率不匹配;单独的硫单质,环状S8未打开前不具有反应性;组合后的开环多硫离子形成了良好的硫负缓冲体系。3)紫外可见光谱、EPR监测分析说明,在DMF溶剂中有S3.-的信号特征峰出现,而THF作为溶剂时并未出现自由基信号。基于以上实验结果,说明反应形成了链状缓冲硫负离子,既具有良好的亲核性又不具有过强的碱性,无异构化地与亚胺进行多硫加成,获得中间体D,随后的1,2-H迁移令氮负离子转变为碳负离子F,S−S键裂解再生少一个硫的多硫链负离子,获得目标产物3a(图6)。

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图6. 反应机理

Construction of Thioamide Peptide via Sulfur-Involved Amino Acids/Amino Aldehydes Coupling ,Yanyan Liao, Xuefeng Jiang*, Org. Lett. 2021, DOI: 10.1021/acs.orglett.1c03370


标签:化工应用技术中心今日头条生物化学生物制药
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