有机合成百科

Wan–Danishefsky脱硫反应(Wan-Danishefsky desulfurization)

【概要】

由于极大的重要性和应用需求,肽和蛋白质的化学合成得到了化学家和生物学家的广泛关注。自从1901年Fisher通过化学合成构建第一个肽键以来,上个世纪肽合成技术取得了重大进展。在这些重大进展中,最具创新性和核心的进展是1963年由Merrifield开发的合成不超过50个氨基酸单元的固相肽合成技术(SPPS)以及Dawson和Kent于1994年开发的Native Chemical Ligation(NCL)合成技术。其中NCL涉及未保护的C端肽硫酯和第二个未保护的N端半胱氨酰肽之间的肽键形成。半胱氨酸上硫醇基团诱导可逆的硫酯化反应,并且随后通过五元过渡态的不可逆S-N酰基转移形成肽键。

NCL的巨大潜力已经通过一系列蛋白质的全合成得到了证明。然而,在许多蛋白质中没有半胱氨酸残基或半胱氨酸残基不在适合NCL的位置,半胱氨酸残基的严格要求,使得其在天然肽和蛋白质中实际上相对较少,大大限制了NCL技术应用。化学家们做出了巨大的努力来克服这个限制,如发展了镍、钯等过渡金属催化的氢化反应以及光促进的自由基反应实现脱硫。在2007年万谦Danishefsky教授发展的在水相中进行的自由基脱硫反应具有条件温和,高效高选择性等特点,具有非常广泛的适用性。

目前,这种合成方法已被广泛应用于各种复杂蛋白以及300多种氨基酸残基的合成中(如:Ubiquitinated peptide[2],Ubiquitylated protein[3], EPO(95-120) peptide[4], ATAD2 bromodomain[5], Madanin-1[6]等)。

【反应通式】

【反应机理】

通过水溶性偶氮化合物VA-044引发自由基反应,在适当浓度的tBuSH参与下,低含量的半胱氨酸残基的巯基可有效转化成硫自由基B,硫自由基B再与烷基膦TCEP反应脱硫生成硫膦化合物及碳自由基D,碳自由基D通过攫取tBuSH的S-H氢原子生成还原脱硫产物E

【反应实例与应用】

(1)  Ubiquitinated peptide的合成[2]

(2)Ubiquitylated protein的合成[3]

(3)EPO(95-120) peptide的合成[4]

 

(4)ATAD2 bromodomain的合成[5]

(5)Madanin-1的合成[6]

【实验技巧】

在氩气下将半胱氨酰肽溶解于200.0 μL水(或缓冲液)中。向溶液中加入200.0 μL0.5MTCEP溶液(Pierce),20.0 μL巯基(乙硫醇或/和2-甲基-2-丙硫醇)和10.0 μL自由基引发剂(0.1M的水溶液)。反应混合物在37 ℃下搅拌。脱硫反应也可以在室温下进行(需要更长反应时间)。 通过LC-MS监测反应,原料转化完全后直接通过HPLC纯化。

Note:

  • 1)TCEP溶液(Pierce)可使用TCEP·HCl and NEt3的溶液替代(pH控制在6.0-7.0);
  • 2)为了避免分子内攫氢等副反应,原料肽需要在反应体系中很好的溶解,有时需要加入CH3CN,PBS缓冲液,胍缓冲液,DMF和MeOH来辅助其溶解;
  • 3)添加硫醇(EtSH,t-BuSH)是为了用作氢源,可有效防止分子内攫氢等副反应,不添加硫醇时反应需要更长的时间。

 

【参考文献】

  1.  (a) Wan, Q.;Danishefsky, S. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 9248. (b) Liu, L.; Danishefsky, S.; Crich, D. In Organic Chemistry-Breakthroughs and Perspectives; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: 2012, p 221. (c) Jimei Ma, Jing Zeng, Qian Wan Top. Curr. Chem. 2015, 363, 57.
  2. Yang, R.; Pasunooti, K. K.; Li, F.; Liu, X.-W.; Liu, C.-F. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13592. DOI: 10.1021/ja905491p
  3. Ajish Kumar, K. S.; Haj-Yahya, M.; Olschewski, D.; Lashuel, H. A.; Brik, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 8090. DOI: 10.1002/anie.200902936
  4. Tan, Z.; Shang, S.; Danishefsky, S. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 9500.DOI: 10.1002/anie.201005513
  5. Creech, G. S.; Paresi, C.; Li, Y.-M.; Danishefsky, S. J. PNAS 2014, 111, 2891.
  6. Thompson, R. E.; Liu, X.; Alonso-García, N.; Pereira, P. J. B.; Jolliffe, K. A.; Payne, R. J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8161.DOI: 10.1021/ja502806r

 

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土生土长西安人,本+硕在陕师大,博士在日本冈山大学取得,博后在名古屋大学ITbM研究所伊丹研究室,有机化学研究生涯3+3+3,现职于西安交通大学理学院。擅长金属催化的偶联反应,博后期间开始合成糖化学,还有碳氢键活化研究。喜欢语言,旅游,网络,音乐,当然最最喜欢的还是化学。现为化学空间员工代表,小编兼美术。 自我描述:师范大学子弟,从小就在家门口上学,也没吃过什么苦,没想到学有机化学的这些年,高强度的实验把我锻炼成了不折不挠的女汉子。硕士毕业留学日本一待就快六年,坚持下来很佩服自己,而且也越来越喜欢有机化学了。 身为化学空间的员工代表,想把化学空间做成“化学人儿”的平台,也希望更多学化学,爱化学的人加入我们,用我们的力量让更多人能感受到化学的魅力。

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