多肽合成中的保护基策略：选择与脱除机制解析

在多肽化学合成中，保护基的引入与脱除是确保反应选择性、提高产物纯度和收率的关键环节。由于天然氨基酸常含有多个活性官能团(如α-氨基、侧链羟基、巯基、羧基、胍基等)，若不加以保护，在缩合过程中极易发生副反应，如分子内环化、消旋化或非目标位点偶联。因此，合理设计保护基策略，成为多肽合成成功的核心要素。

一、保护基的基本原则

理想的保护基应满足以下要求：

在合成条件下稳定，不参与主反应;

引入与脱除条件温和、高效，收率高;

不引入新的手性中心;

脱除后副产物易于分离;

成本低廉，操作简便。

此外，现代多肽合成尤其强调正交性——即不同保护基可在互不干扰的条件下选择性脱除，这对含多对二硫键、环肽或修饰多肽的合成至关重要。

二、α-氨基保护基的主流选择

目前，Fmoc(9-芴甲氧羰基)与 Boc(叔丁氧羰基)是两类较为广泛应用的α-氨基保护基，分别对应两种主流合成策略：

Fmoc策略：采用碱敏感保护基，脱除使用20%–50%哌啶/DMF体系，通过β-消除反应释放游离氨基，副产物9-芴烯具有紫外吸收，便于监测。该法对酸稳定，适用于Wang树脂等酸裂解型固相载体。

Boc策略：依赖酸敏感保护，常用TFA或强酸(如HF、TFMSA)脱除。其优势在于可与苄基类侧链保护基兼容，常用于Merrifield树脂体系。

两者的选择直接影响侧链保护基的搭配及最终裂解条件。

三、侧链保护基的分类与脱除机制

1. 酸性氨基酸(Asp、Glu)

侧链羧基常用OtBu(叔丁酯)或OBzl(苄酯)保护。

OtBu：Fmoc策略下用TFA脱除;

OBzl：Boc策略中通过HF或催化氢解脱除。

为避免天冬氨酸在碱性条件下形成琥珀酰亚胺副产物，也可选用OAll(烯丙酯)，通过Pd(0)催化脱除，实现正交保护。

2. 碱性氨基酸(Lys、Arg)

Lys的ε-氨基常用Boc、Fmoc、Dde或Alloc保护。其中Dde(1-(4,4-二甲基-2,6-二氧环己亚基)乙基)可用2%肼/DMF选择性脱除，不影响Fmoc。

Arg的胍基因高碱性易引发副反应，多采用Pmc、Pbf或Mtr等磺酰基类保护基，均在TFA中脱除，并需加入苯硫酚等清除剂防止副产物生成。

3. 含羟基氨基酸(Ser、Thr、Tyr)

Ser/Thr常用tBu醚保护，TFA脱除;

Tyr酚羟基因易烷基化，常选用空间位阻大的Trt(三苯甲基)，可在1% TFA中温和脱除。

4. 含巯基氨基酸(Cys)

Cys的-SH极易氧化或参与副反应，常见保护基包括：

Trt：TFA脱除，适用于单对二硫键构建;

Acm(乙酰氨基甲基)：碘氧化同时脱除并形成二硫键;

Mob：强酸(如HF)脱除，用于多对二硫键的分步组装。

四、脱除机制与条件优化

脱保护过程需严格控制条件以避免主链断裂或消旋化。例如：

Fmoc脱除时，哌啶浓度过高或时间过长可能引起Asp-Gly序列的环化;

Boc脱除若使用强酸HF，需严格防护并添加二甲硫醚等碳正离子捕获剂;

含Trp、Met的多肽在TFA处理时易被氧化，常加入水、苯甲醚等清除剂。

此外，新型脱除方法如光敏保护基(NVOC)、酶响应型保护基等正在发展中，为复杂多肽合成提供更高选择性。

多肽合成的本质，很大程度上是保护基的科学运用与精准调控。从Fmoc/Boc主策略到各类侧链保护基的组合，每一步选择都需兼顾反应兼容性、脱除正交性与最终产物完整性。随着新型保护基和脱除技术的持续涌现，多肽合成的效率与复杂度上限将进一步提升，为药物研发与功能材料开发提供坚实支撑。