125700-67-6/多肽合成常用的三種縮合劑HOBT、HBTU、TBTU

本文主要介紹多肽合成中常用的三種縮合劑HOBT、HBTU、TBTU，用于固相多肽合成中的縮合效果。

HOBT是防止多肽合成中消旋，HBTU、TBTU是多肽合成中強(qiáng)的縮合試劑。

【縮合劑HBTU與TBTU的區(qū)別】
HBTU 和TBTU 是HOBt的加強(qiáng)型，效果更好，反應(yīng)后生成HOBT。
HBTU的價格便宜一些，100g，350元左右T。
TBTU 貴一些。
縮合效果TBTU 稍微好一些的。

【TBTU】
在眾多的耦聯(lián)劑中，脲離子型多肽縮合劑TBTU應(yīng)用范圍最廣，性價比最高。脲離子型多肽縮合劑，是一種活化羧酸的多功能試劑。它們一步就可以使氨基酸與胺反應(yīng)結(jié)合，不需要預(yù)先活化酸類。它們的優(yōu)點(diǎn)包括方便實(shí)用的反應(yīng)過程，快速的原位活化，最小的副反應(yīng)，商業(yè)可用性，穩(wěn)定性，能溶解在寬范圍的溶劑包括水和方便去除耦合的副產(chǎn)物。由于脲離子型多肽縮合劑具有非常好的實(shí)用性，現(xiàn)在開發(fā)它們的多元化應(yīng)用成為一個新的研究熱點(diǎn)。
1、以TBTU為偶聯(lián)劑，乙腈為溶劑，不同磺酸與不同肟在50℃下收率良好地合成了一序列磺酸肟酯。這個方法的好處是反應(yīng)過程簡便、環(huán)境無危害和后處理簡潔。
2、以TBTU為偶聯(lián)劑，乙腈為溶劑，羧酸與雜環(huán)仲胺比如吲哚、咪唑等在一般溫度下收率良好地合成了一序列的羧酸雜環(huán)仲胺類化合物。副產(chǎn)品對環(huán)境污染小，產(chǎn)品易于分開，反應(yīng)過程簡便是此法的長處。
3、以TBTU為偶聯(lián)劑，乙腈為溶劑，羧酸與疊氮化鈉、胺類或醇類合成了一序列的脲和氨基甲酸酯類化合物。本法使用了一鍋法操作，不僅操作方便，而且產(chǎn)率高。

【HOBT】
HOBt是常用的酰胺縮合劑，就是把有機(jī)酸和有機(jī)胺形成酰胺的縮合劑。
HOBt的結(jié)構(gòu)是一個苯并三氮唑結(jié)構(gòu)，所以水溶性有但不高，也就是微溶，反應(yīng)過程一般不用水相的，一般用非水溶劑，比如四氫呋喃，二氯甲烷這種溶劑。
HOBt由于有三氮唑結(jié)構(gòu)，所以無機(jī)酸水溶液可以溶。有機(jī)酸里面除了甲酸，乙酸這種還能做溶劑，其他的大多室溫就是固體一般都不是溶劑。

【HBTU縮合劑反應(yīng)機(jī)理】
酸和胺的縮合中HBTU縮合劑反應(yīng)機(jī)理：直接用酸活性太低，把酸跟縮合劑如HBTU和二乙基氰基磷酸酯先反應(yīng)生成一個大的取代基（活化步驟），然后很容易就被氨基取代。

圖1為HBTU縮合劑反應(yīng)機(jī)理

【多肽合成縮合劑】
高效的多肽縮合劑一直是多肽領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是高效地合成結(jié)構(gòu)越來越具有挑戰(zhàn)性的生物活性肽和多肽類似物的保障。
目前，已報導(dǎo)的多肽縮合劑很多，但影響較大，應(yīng)用較為廣泛的縮合劑從分子結(jié)構(gòu)角度主要分為碳二亞胺類型、磷正離子類型和脲正離子類型。
1. 碳二亞胺型縮合劑：N,N'-二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)是于1955年開發(fā)出來的第一個碳二亞胺型縮合劑，至今DCC仍是多肽合成中最常用的縮合劑之一。但反應(yīng)生成的N,N'-二環(huán)己基脲(DCU)在大多數(shù)有機(jī)溶劑中溶解度很小，有時會混在產(chǎn)物中而很難除盡。為此人們在DCC的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展了一些生成水溶性反應(yīng)副產(chǎn)物的碳二亞胺，如DIC，EDC和BDDC等。通過將碳二亞胺固載在高聚物上得到的縮合劑使反應(yīng)的后處理更為簡單，例如樹脂固載的EDC(P-EDC). 這類縮合劑由于價格相對較便宜，因而特別適用于多肽的大規(guī)模制備。但在進(jìn)行片段縮合時，往往會導(dǎo)致產(chǎn)物有較大程度的消旋，為此通常與HOSu，HOBt，HOAt，或HOOBt等添加劑一起使用來抑制產(chǎn)物消旋，同時也可有效地抑制N-酰基脲等副產(chǎn)物的生成。在這些添加劑中以HOBt應(yīng)用最廣。DCC-HOBt復(fù)合縮合劑已成為目前應(yīng)用最廣的縮合方法之一。HOOBt雖然與HOBt相比可更有效地抑制消旋，但會產(chǎn)生疊氮化副產(chǎn)物，從而限制了它的廣泛應(yīng)用。HOAt是近幾年才發(fā)展的新的添加劑，它不僅可以有效地抑制消旋，而且大大提高了反應(yīng)速度，特別適用于由空間位阻的多肽的合成，但這一試劑價格較貴，不適于多肽的大規(guī)模制備。碳二亞胺類縮合劑在多肽合成中的反應(yīng)中間體主要是O-酰基異脲和羧基組份的對稱酸酐(Fig.3)。產(chǎn)物的消旋主要是因為O-?；愲搴退狒姆肿觾?nèi)環(huán)化形成5(4H)-噁唑酮，它很容易脫去 -質(zhì)子形成共振穩(wěn)定的噁唑酮負(fù)離子。這種噁唑酮負(fù)離子可以從分子平面的兩側(cè)重新質(zhì)子化，進(jìn)一步與氨基組份反應(yīng)得到消旋的產(chǎn)物。當(dāng)加入添加劑時，它們可以攔截高反應(yīng)活性的O-?；愲搴退狒虚g體生成相應(yīng)的活化酯，進(jìn)一步胺解得到目標(biāo)產(chǎn)物。

2. 磷正離子型縮合劑：采用酰基磷正離子作為活潑中間體用于形成酰胺鍵是Kenner于1969年首先提出并將這種方法用于多肽的合成，發(fā)展出一些能產(chǎn)生此中間體的試劑，如Bate試劑等。這些試劑都因性能較差，產(chǎn)物消旋較大，或操作較復(fù)雜而未被廣泛使用。直到1975年Castro設(shè)計并合成另一個基于HOBt的磷正離子型縮合劑BOP，這類縮合劑才得到人們的重視，并廣泛用于多肽的固相法和液相法合成中。但BOP在多肽合成中生成的副產(chǎn)物六甲基磷酰胺具致癌毒性，為此后來又發(fā)展了副產(chǎn)物毒性低，反應(yīng)活性相對更高的縮合劑PyBOP，并已實(shí)現(xiàn)商品化。這類縮合劑參與多肽合成反應(yīng)的機(jī)理主要是在堿性條件下羧基負(fù)離子進(jìn)攻縮合劑生成的酰氧基磷正離子，繼而此活潑中間體受苯并三唑氧基負(fù)離子進(jìn)攻生成羧基組份的苯并三唑酯，此活化酯再與氨基組份反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。酰氧基磷正離子和生成的少量酸酐也可能直接與氨基組份反應(yīng)得到相應(yīng)的肽。盡管這些基于HOBt的磷正離子型縮合劑在含普通氨基酸的多肽的合成中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但在有空間位阻的多肽合成中結(jié)果卻不令人滿意，產(chǎn)物的收率低并伴有較大程度的消旋。而后來發(fā)展起來的基于HOAt的磷正離子和 -鹵代的磷正離子型縮合劑滿足了這一要求，例如AOP，PyAOP，BrOP，PyClOP，PyBrOP等。這些縮合劑可以高效地促進(jìn)有空間位阻的酰胺鍵的形成，并廣泛用于富含N-甲基氨基酸或C ,C -二烷基化氨基酸的多肽和生物活性肽的合成中。不足的是這些基于HOAt的試劑價格昂貴不適于多肽的大規(guī)模制備，而 -鹵代的磷正離子型縮合劑在進(jìn)行片段縮合時，產(chǎn)物伴有較大程度的消旋，并且對于羧基組份為叔丁氧羰基保護(hù)的氨基酸的縮合反應(yīng)產(chǎn)物的收率很低。

3. 脲正離子型縮合劑：自1978年Dourtoglou成功地將基于HOBt的脲正離子HBTU用于多肽合成中來，這一類型縮合劑得到迅速的發(fā)展，并先后開發(fā)出一系列基于HOBt、HOAt、HOOBt和HOPyU等的正離子型試劑。例如TBTU、HBPyU、HBPipU、HBMDU、HATU、HAPyU、HAMDU、TAPipU、HDTU、HPyOPfp、HPySPfp、HAPyTU、TOTU、HAPipU。這些縮合劑在多肽合成中均表現(xiàn)出較好的性能，具有反應(yīng)速度快，產(chǎn)物消旋小、收率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是基于HOBt和HOAt的試劑。其中基于HOAt的脲正離子型縮合劑可有效地促進(jìn)有空間位阻的酰胺鍵的形成。但是這類基于HOAt的縮合劑在多肽合成中，會與氨基組份反應(yīng)生成相應(yīng)的胍衍生物，這一副反應(yīng)在片段縮合和環(huán)肽的合成中是不容忽視的。雖然HBTU、HBPyU等HOBt衍生的脲正離子型試劑幾乎不存在此副反應(yīng)，但它們在富含N-甲基氨基酸的多肽的合成中產(chǎn)物的收率和旋光純度都較差。在這種情況下， -鹵代脲正離子型縮合劑越來越顯現(xiàn)出其在有空間位阻的多肽合成中的重要地位。在這類縮合劑中以PyCIU、TFFH、BTFFH、CIP，和CTDP應(yīng)用較為廣泛，并已被成功地用于含有N-甲基氨基酸和C ，C -二烷基化氨基酸的多肽的合成中。遺憾的是這類試劑與 -鹵代磷正離子型縮合劑在片段縮合過程中產(chǎn)物的消旋較大。與磷正離子型縮合劑類似，HOBt和HOAt衍生的脲正離子型縮合劑參與多肽縮合反應(yīng)的主要中間體分別是羧基組份的苯并三唑酯和7-氮雜苯并三唑酯。當(dāng) -鹵代脲正離子型縮合劑參與多肽合成時，反應(yīng)的活潑中間體主要是羧基組份的酰鹵和酸酐。

4. 其它類型的縮合劑：除上述幾大類型的縮合劑外，一些其它類型的縮合劑在多肽合成中也有一定程度的應(yīng)用，其中有代表性的主要有：BOP-Cl、FDP、FDPP、DEPBT、EDQ等。其中BOP-Cl可以高效地促進(jìn)有空間位阻的酰胺鍵的形成與消旋較小，并成功地用于富含N-甲基氨基酸的生物活性肽的合成中。但這一縮合劑會與游離的氨基酸反應(yīng)，特別是黨氨基酸組份是伯胺時，不能通過一鍋法制被多肽。FDP和FDPP都是無氟苯酚衍生物的試劑，在多肽合成中具有產(chǎn)物收率高，后處理簡單的優(yōu)點(diǎn)，但不適于有空間位阻多肽的合成。FDPP特別適用于環(huán)肽的合成。DEPBT是HOBt衍生的磷酸酯，其特點(diǎn)是產(chǎn)物的消旋較小。EEDQ是一經(jīng)典的縮合劑,它主要是通過形成混合酸酐中間體促進(jìn)多肽的合成,不足的是產(chǎn)物的消旋較大. 綜合分析上述碳二亞胺、磷正離子和脲正離子等幾大類型的縮合劑,以磷正離子和脲正離子型縮合劑性能最佳.無論是反應(yīng)活性，還是產(chǎn)物的收率和光學(xué)純度方面，這兩類縮合劑都優(yōu)于其它類型的縮合劑。而脲正離子型縮合劑各方面的性能在一定程度上又優(yōu)于相應(yīng)的磷正離子型縮合劑。盡管如此，Young's test顯示脲正離子型試劑HBTU、HBPyU和HAPyU在模擬二肽的合成中仍分別有25.4%、18.0%和13.9%的消旋。因此，設(shè)計、合成反應(yīng)活性更高、產(chǎn)物消旋更小的新型多肽縮合劑用來高效地合成多肽以及生物活性肽仍是目前多肽合成領(lǐng)域亟待解決的問題。

多肽合成中常用的縮合劑有BOP reagent, PyBOP, HBTU, TBTU, HOBt,EDC·HCl等。

【參考資料】
https://blog.sina.com.cn/s/blog_6850a8080100klws.html
https://emuch.net/html/201108/3500372.html