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JACS|通过光氧化还原/镍双催化直接形成酰胺连接的C-糖基氨基酸和肽2024-03-25

分享的是近期发表在J. Am. Chem. Soc.上的一篇文章——Direct Formation of Amide-Linked C‑Glycosyl Amino Acids and Peptides via Photoredox/Nickel Dual Catalysis。本文通讯作者为贵州大学的任世超教授和南洋理工大学的池永贵教授。本文构建了一种方法,能够在光氧化还原/镍双催化下,将糖与氨基酸通过酰胺键偶联,得到C-糖基化氨基酸和(或)肽——该反应范围极广,从单糖到二糖甚至多糖,从20种氨基酸到多肽及其衍生物,都有着不错的产率和优异的立体选择性。

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蛋白质糖基化发生在大约50%的人类蛋白质中,显著影响蛋白质的性质和功能,包括细胞间通讯与蛋白质热稳定性和折叠的改变。在分子生物学和医学中,人们对糖蛋白的需求不断增加,促使人们努力开发连接糖单元和肽的有效方法。然而,天然存在的糖蛋白往往具有不稳定的O-或N-糖苷键。一种解决方案是用稳定的C−C键取代这些不稳定的键,从而产生在生物条件下保持功能的糖苷类似物——这种战略性取代促使了许多与药物相关的C-糖肽的发展(图1)。

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图1 糖蛋白(糖肽)和C-糖肽在生物学和药物开发中的部分例子

目前合成C-糖肽的方法涉及到giese型反应的实施,其中糖自由基被缺电子的烯烃捕获,形成具有饱和sp3碳键的糖肽。大多数情况下,具有反应性的官能团需要提前安装到氨基酸(肽)上,为C−C键的形成提供反应位点。因此,产生的C-糖肽通常含有不必要的特定连接基残基(图2右)——这可能会影响糖肽的活性和应用等。

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图2 目前可获取的C-糖肽结构和本文的设想

鉴于酰胺键在多肽和蛋白质中的重要作用,本文提出通过酰胺键将氨基酸和(或)多肽与碳水化合物直接连接以产生糖肽——这是一项有吸引力但具有挑战性的工作(图2左)。传统的方法主要依赖于糖酸和氨基酸片段的直接缩合。然而,糖酸的合成并不简单,涉及有毒试剂的使用、立体选择性控制,并且在多步合成中效率相对较低(图3下)。最近的研究证明了金属光氧化还原催化在促进糖基供体与各种亲电试剂交叉偶联方面的效率——基于此,本文提出了:光氧化还原/镍双催化使氨基酸和(或)肽通过酰胺键与溴化糖基供体直接连接,从而以立体选择的方式获得多种C-糖基氨基酸和肽,其中氨基酸底物由氨基酸中的-NH2与二氢吡啶(DHP)酸反应生成(图3上)。

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图3 以前获取C -糖基氨基酸/肽的方法和本文的反应设计

接着,作者对该反应展开了研究和讨论。

首先讨论的是反应条件的筛选。研究以Ac4Mannose的溴化物1a和氨基酸衍生的氧化还原活性二氢吡啶2a为模型底物(图4)。经过不断优化,得出反应最佳条件为:在蓝光(40 W, 467 nm)照射下,以1,2,3,5-tetrakis(carbazol-9-yl)-4,6-dicyanobenzene (4CzIPN)为光催化剂,nickel(II)bis-(acetylacetonate)(Ni(acac)2)为金属催化剂,(S,S)-2,2-bis(4-phenyl-2-oxazolin-2-yl)propane(L7)为配体,Na2CO3为碱,1,4-二

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