胍辅助的分子间邻苯二甲醛-氨基-巯基三组分反应与功能性分子模块化构建

邻苯二甲醛（OPA，ortho-Phthalaldehyde）早在1909年就被Thiele被发现在有机溶剂中能够与氨基发生二组分反应，然而此反应因其速度慢及转化效率低而限制了应用 (Figure 1a)。上世纪70年代由Roth发现并随后Benson优化的OPA-氨基-巯基三组分反应作为多肽和蛋白质染色方法出现在分析化学的研究报道中，并被广泛应用于氨基酸/多肽的快速检测 (Figure 1b)。近年来，伴随化学生物学研究的发展，对于多肽和蛋白质的选择性修饰及高效缀合物制备方法的需求日益迫切。2016年香港大学的李学臣教授课题组重新发掘了OPA与氨基（赖氨酸）的化学反应，他们发现此反应可以在缓冲水溶液中快速（10 min-4 h）且等当量地实现蛋白偶联（Org. Lett. 2016, 18, 2600）(Figure 1a)。这样，OPA及其衍生物因其独特的反应性能重新引起了学界的关注，成为当前热门的多肽/蛋白质修饰试剂之一。

2019年，李学臣教授团队和加拿大英属哥伦比亚大学的Perrin教授团队分别报道了基于OPA-氨基-巯基三组分分子内反应的多肽环化方法 (Figure 1c)。此反应可以高效地构建环肽化合物。

在此研究的基础上，李学臣教授（点击查看介绍）团队新近发展了基于等当量的分子间OPA-氨基-巯基三组分反应的缀合反应，实现了多肽-多肽缀合物和多肽-药物缀合物的高效模块化合成。

Figure 1

在分子间三组分缀合反应中，最大的挑战是由于氨基与巯基分属于不同的分子，因而在形成OPA-氨基-巯基三组分反应产物的同时伴随有大量的OPA-氨基二组分反应产物 (Figure 1a)。故此Roth-Benson发展的OPA-氨基-巯基三组分反应需要通过加入远超过1当量的巯基组分 (4.6-189 当量) (Figure 1b)，但过量巯基组分的使用在增加反应成本的同时增大了产物分离纯化的难度。通过对反应机理的分析和细致的条件筛选，作者发现通过在缓冲体系中加入盐酸胍添加剂能够在仅加入1当量巯基组分时大大降低二组分反应产物的比例，同时保持三组分反应原有的高速率。通过对机理的研究，作者提出，胍通过与OPA的醛基形成可逆的加合物A/B，抑制了OPA-氨基二组分反应的关键中间体C的形成，进而使反应沿三组分途径进行（经中间体D/E）(Figure 2)。

Figure 2

采用该方法，作者以高选择性和满意的分离产率合成了一系列多肽-多肽缀合物 (Figure 3)。在此基础上，作者合成了具有药物释放功能的RGD环肽（靶向结合细胞表面α_Vβ₃整合素受体）与DM1（微管靶向抗肿瘤化合物）的缀合物，并在高表达α_Vβ₃受体的U87-MG细胞系中表现出强于DM1本身的细胞毒性。由于OPA分子具有易于进一步官能化的特点，因而该三组分反应可应用于实现三种不同功能结构的模块化连接，在化学生物学和药物研究中具有重要的应用前景。

Figure 3

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Guanidine Additive Enabled Intermolecular ortho-Phthalaldehyde-Amine-Thiol Three-Component Reactions for Modular Constructions

Carina Hey Pui Cheung, Tin Hang Chong, Tongyao Wei, Han Liu*, Xuechen Li*

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202217150

导师介绍

李学臣

https://www.x-mol.com/university/faculty/244129