浙江工业大学翁意意课题组ACS Catal.：天冬氨酸导向的C(sp3)−H活化反应后期修饰多肽

在没有预先引入导向基团情况下，用于修饰多肽中脂肪族残基的方法相对较少，C(sp³)−H官能团化成为了多肽修饰的一种重要工具。近两年，浙江工业大学制药工程系翁意意副教授（点击查看介绍）课题组致力于开发多肽中未修饰的氨基酸侧链作为内源导向基来实现多肽惰性C−H键的官能团化的方法。2020年该课题组已经在Chemical Science 上发表了利用天然的天冬酰胺导向的多肽C(sp³)‒H键芳基化反应研究（Chem. Sci., 2020, 11, 9290–9295），该研究与哥廷根大学Ackermann课题组合作利用DFT计算对反应机理进行预测。该论文被国际著名的化学评论期刊Synfacts杂志引为亮点文章，并被推荐为当月的月度文章（Synfacts, 2020, 16, 1367，Highlighted as “Synfact of the month”）。

近日，该团队又报道了利用天然的天冬氨酸（Asp）作为内源性导向基团进行多肽后期C(sp³)−H活化反应的研究。在温和的条件下(50 °C)，该研究实现了多肽序列中L-和D-丙氨酸的C(sp³)−H芳基化和炔基化修饰，获得了含有酪氨酸类似物、苯丙氨酸类似物和丙氨酸炔基化类似物的多肽序列，并且成功构建了含有BODIPY荧光标记的多肽（图1）。

图1. 天冬氨酸导向的C(sp³)−H芳基化和炔基化反应研究

经条件筛选，作者发现以Pd(OAc)₂作为催化剂，AgOAc作为氧化剂，tAmylOH (2.0 mL) 作为溶剂，NaHCO₃为添加剂时能够以86%的分离收率得到目标产物。结果表明芳基化试剂4-碘苯酚上含有供电子（Me-）和吸电子（F-，Cl-）基团时反应以较高收率得到目标芳基化产物3ab-3ad (82-85%)，将二肽延长到结构更加复杂的三肽和四肽，并以中等到良好的收率获得目标产物3ba-3id (45-85%)。 

图2. C(sp³)–H芳基化修饰获得含L-Tyr衍生物的多肽

底物有很好的耐受性，当4-碘苯酚类偶联剂被换成其它种类的芳基碘化物时，依旧可以实现L-Ala的C(sp³)–H芳基化并获得含L-Phe衍生物的多肽5aa-5ik (41-85%)。用此方法获得了两种BODIPY荧光标记的二肽5ah (53%)和5ai (41%)（图3）。

图3. C(sp³)–H芳基化修饰获得含L-Phe衍生物的多肽

由于含有D-Tyr-Asp或D-Phe-Asp序列的活性肽在多肽类药物中有着广泛的应用，实验结果表明，此方法同样适用于含D-Ala的二肽、三肽和四肽的芳基化反应(42-86%) (图4)。

图4. C(sp³)–H芳基化修饰获得含D-Tyr衍生物、D-Phe衍生物的多肽

论文又研究了Asp的导向在C(sp³)–H炔基化中的应用。使用1-溴-2-(三异丙基硅基)乙炔作为炔基化试剂，改变以Na₂HPO₄作为添加剂，最终也能以中等至良好的收率获得炔基化产物 (43-83%)，体现了Asp作为内源导向基的优异导向能力（图5）。

图5. C(sp³)–H炔基化修饰获得含L-Ala炔基化衍生物及D-Ala炔基化衍生物

进一步的竞争实验也证明了在三肽芳基化反应中，起关键导向作用的是天冬氨酸双齿配位基而非多肽自身骨架酰胺，文章最后提出了可能的反应机理。

该研究的创新性以及优点：(1) 作者利用多肽中未经修饰的天冬氨酸作为C(sp³)−H内源导向基，避免了导向基的预先引入和后续脱除，原子经济性和步骤经济性高；(2) 金属催化条件下，该反应条件较为温和 (50°C)，避免发生多肽的外消旋化；(3) 反应的位点选择性好，底物适用性广，共获得60种经过后期修饰的二肽、三肽和四肽，并获得了BODIPY荧光标记的多肽。

相关研究成果近期发表于ACS Catalysis，浙江工业大学翁意意副教授为通讯作者，第一作者为硕士研究生陈卓和朱美洁。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Palladium-Catalyzed C(sp³)–H Arylation and Alkynylation of Peptides Directed by Aspartic Acid (Asp)

Zhuo Chen, Meijie Zhu, Mengwei Cai, Lulu Xu, and Yiyi Weng*

ACS Catal., 2021, 11, 7401–7410, DOI: 10.1021/acscatal.1c01417

翁意意课题组

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