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酰胺鍵不僅是多肽分子的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，更是眾多天然產(chǎn)物和藥物分子的核心結(jié)構(gòu)單元。隨著生物活性分子設(shè)計(jì)的日益復(fù)雜化，傳統(tǒng)多肽合成策略中繁瑣的保護(hù)-脫保護(hù)步驟已成為制約合成效率的瓶頸，既會增加合成路線長度，還可能會引起副反應(yīng)、收率下降等問題。
近年來，未保護(hù)氨基酸直接縮合策略逐漸成為研究熱點(diǎn)。該方法旨在簡化合成流程，降低成本，提升原子經(jīng)濟(jì)性。在這一領(lǐng)域，Yamamoto, H.團(tuán)隊(duì)繼前期開發(fā)的硅烷介導(dǎo)氨基酸之間直接縮合后，近期又將目光投向了有機(jī)金屬試劑——三甲基鋁（Me3Al），探索其在多肽合成中的應(yīng)用。
三甲基鋁是一種高活性的路易斯酸，具有較強(qiáng)的親電性和甲基化能力。作為有機(jī)鋁試劑，它能夠參與多種類型反應(yīng)，特別是在活化羧基，促進(jìn)酰胺化反應(yīng)方面展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。但是三甲基鋁遇水反應(yīng)且自然的特性，使其有一定的危險(xiǎn)性，操作門檻較高。
在Yamamoto, H.團(tuán)隊(duì)研究三甲基鋁介導(dǎo)多肽合成之前，已經(jīng)有若干研究三甲基鋁用于酰胺合成的相關(guān)工作。
1. 輝瑞研發(fā)團(tuán)隊(duì)曾報(bào)道利用三甲基鋁促進(jìn)無保護(hù)羧酸與胺類化合物的直接縮合，其作用機(jī)制是通過形成鋁酸鹽中間體實(shí)現(xiàn)酰胺鍵的構(gòu)建。
在底物適用性研究中，以4-苯基苯甲酸為固定羧酸，與不同類型的胺類化合物進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，在三甲基鋁作用下，伯胺，仲胺以及芳香胺均以優(yōu)異的收率獲得目標(biāo)酰胺。
進(jìn)一步地，以4-苯基芐胺為固定胺組分，與不同種類的羧酸進(jìn)行反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)芳香酸的活性普遍優(yōu)于脂肪酸。
2. Martin, S. F.團(tuán)隊(duì)則開發(fā)了一種三甲基鋁促進(jìn)氨基酸酯與游離氨基酸反應(yīng)構(gòu)建肽鍵的方法。該方案以羧酸酯或N-保護(hù)氨基酸酯作為親電試劑，與游離氨基酸或二肽直接偶聯(lián)，收率良好，但在嘗試?yán)^續(xù)延長肽鏈，合成三肽和四肽時(shí)，出現(xiàn)明顯的消旋現(xiàn)象，限制了其在長肽合成中的應(yīng)用。
上述研究雖然驗(yàn)證了三甲基鋁在酰胺化中的潛力和應(yīng)用價(jià)值，但普遍在長肽鏈的合成中存在局限，難以滿足復(fù)雜多肽結(jié)構(gòu)的制備需求。
Yamamoto, H.團(tuán)隊(duì)提出了一種基于五元環(huán)機(jī)制的一鍋法多肽合成策略，該方法充分發(fā)揮三甲基鋁的多功能性，既活化羧基，又協(xié)調(diào)氨基親核進(jìn)攻，實(shí)現(xiàn)高效、高立體選擇性的多肽合成。
1. 一鍋法反應(yīng)機(jī)制
其作用機(jī)制如下：首先，三甲基鋁與游離氨基酸反應(yīng)活化羧基，釋放甲烷；隨后與分子內(nèi)氨基反應(yīng)形成五元環(huán)中間體A，并釋放第二分子甲烷；然后在另一分子三甲基鋁催化下，新加入的氨基酸酯進(jìn)攻中間體A發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，得到中間體B，最后經(jīng)酸處理釋放氨基，得到二肽產(chǎn)物。
若需繼續(xù)延長肽鏈，在合成二肽的基礎(chǔ)上，重復(fù)上述循環(huán)，或在最后一步引入Fmoc保護(hù)的氨基酰氯進(jìn)行封端，從而精確控制肽鏈長度。
2. 反應(yīng)條件優(yōu)化
該團(tuán)隊(duì)以三肽合成為模型反應(yīng)，進(jìn)行反應(yīng)條件探索，最終確定以二氯甲烷為溶劑，在低溫（0℃）下預(yù)混游離氨基酸和三甲基鋁以活化羧基，然后在室溫下與氨基酸甲酯進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，并以特戊酸進(jìn)行酸處理，確保氨基完全游離，最后與Fmoc保護(hù)氨基酰氯反應(yīng)得到三肽。
3. 優(yōu)異的官能團(tuán)兼容性和立體選擇性
該合成策略展現(xiàn)出優(yōu)異的官能團(tuán)兼容性，對含有側(cè)鏈的氨基酸，以及含有酯基、醚鍵、含硫氨基酸等均耐受，反應(yīng)收率高，在整個合成過程中未觀察到明顯消旋化，立體選擇性好。
該團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索了四肽和五肽的逐步合成，其合成收率維持在60%左右，展現(xiàn)出良好的擴(kuò)展性。需要注意的是，研究發(fā)現(xiàn)合成肽鏈長度及收率受產(chǎn)物溶解度情況影響較大。
綜上所述，三甲基鋁是一個價(jià)廉易得，效率高，低消旋的縮合試劑。在使用過程中，無需進(jìn)行預(yù)活化羧酸，顯著減少合成步驟與試劑消耗，官能團(tuán)兼容性好，在溫和條件下為目標(biāo)肽段的制備提供了便捷途徑。這一突破性進(jìn)展，為多肽藥物和功能肽材料的合成領(lǐng)域提供了嶄新的思路。
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參考文獻(xiàn)：
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DOI: 10.1055/s-0030-1260982
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