硝基烷烃作为硫酰基替代物来合成硫代酰胺，非常实用！
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科学
2024-09-11 08:10
四川
肽已成为一种很有前景的药物种类，与小分子药物相比，肽具有许多优势，包括设计更简单、合成简单、免疫原性降低、组织渗透性增强以及与未充分探索的靶点相互作用的能力。然而，它们相对较短的血浆半衰期和细胞的低摄取通常限制了它们直接转化为临床药物。经常需要化学修饰来提高肽抵抗酶降解的能力并增加药理学或类药物性质。硫代酰胺是具有相同原子数、键平面性、3D形状和类似电子性质的酰胺的最接近的电子等排体。然而，O到S的单原子取代使硫代酰胺的化学性质优于氧代酰胺，包括独特的热力学、增强的构象刚性、提高的蛋白水解稳定性和特征光谱轮廓。由于这些微妙但深刻的变化，生物活性肽的硫代酰胺化虽然通常很难合成，但医学化学家非常希望它能提高含酰胺候选药物的热/蛋白水解稳定性和药代动力学特性。例如，N-环己基乙基-ETAV是一种血浆稳定且可渗透细胞的抑制剂，其骨架中含有硫酰胺位点，在人体血液中的代谢期是其氧代酰胺对应物的28倍（下图）。此外，与异源变体（半衰期540分钟）5相比，环肽抗癌cilenitide的苯基丙酰胺的硫酰胺化在人类血清中对硫酰胺化的大环肽（半衰期2160分钟）具有显著的稳定性。图片来源：Nature Communications硫代酰胺肽的传统合成是通过将氧代酰胺转化为硫代酰胺来合成的，通常是通过使用有毒和有气味的硫化剂将O替换为S来合成的，但是其较差的区域选择性、化学选择性和低产率一直是一个未解决的难题（图b）。或者，在连接N末端胺之前，需要通过多个步骤制备具有预先安装的硫羰基的肽的C末端的硫酰化片段（图c）。这种硫酰化片段要么是由酸的活化合成的，然后用基于Lawesson的硫代试剂用S代替O（图c，上），要么是由羧酸转化为硫代酸，然后用化学计量的活化试剂处理（图c，下）。这些策略通常使用过量的活化试剂，从而限制了底物的范围和控制。图片来源：Nature Communications本期小编要给大家介绍一种使用硝基烷烃作为硫酰基替代物来合成硫代酰胺的高效方法，硫试剂和碱对反应的转化影响非常明显，研究者发现采用S8作为硫源和Na2S作为碱，反应的产率可以高达98%。
图片来源：Nature Communications在上述最佳反应条件下，携带有脂肪族、芳香族、醇和烯烃单元的伯胺都可以顺利得到相应的硫酰胺4a–4e；值得注意的是，除了伯胺以外，仲胺也能得到相应的产物（4f–4h）；手性伯胺的α-位置的手性可以完整保留，几乎不发生消旋，并能以良好的产率得到硫代酰胺4j–4l。当使用具有宝贵官能团（如–OH、–CO2Me、–Cl和缩醛）的伯硝基烷烃时，可以顺利地得到相应的硫代酰胺5a–5m（图b）。除了硝基甲烷可以快速获得硫代甲酰胺5h外，具有α官能团的硝基烷基化合物还可以顺利地得到硫代酰胺5i–5m。随后，我们将该方法应用于制备硫代酰胺药物及其类似物（图c）。包括选择性σ1激动剂36类似物6a、转录抗雌激素37 S-类似物6b、晚期功能化抗抑郁药物阿莫沙平6c、环丙沙星衍生物6d，它们都能以良好的产率得到。伯胺或仲胺位置的这种后期功能化明显地增加了医学或化学生物学研究的价值，并容易地增加了酰胺化合物库的多样化。图片来源：Nature Communications反应温度和硫试剂对产物的ee值和产率影响较大，所以大家在重复该反应的时候需要注意。
图片来源：Nature Communications此外，研究者还筛选了α-手性硝基烷烃（R）-7与一系列α-氨基酸酯的偶联反应（下图）。这显著增加该方法的实用性，而不会导致硫肽产物的差向异构化（10-11）。值得注意的是具有一定空间位阻的仲胺如脯氨酸（10u），以及丝氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸（10p/j/l/q）的无保护侧链的使用，都可以在方法中很好的兼容。此外，L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-苯丙氨酸和非天然氨基酸L-环己基甘氨酸也容易与L-酪氨酸叔丁酯偶联，并以良好的产率得到硫肽10v–10x。图片来源：Nature Communications在这些硫代酰胺化条件下，α-手性硝基烷烃（R）-7（R1=CH2CH2Ph）与氨基二肽反应也非常不错，能以优异的非对映选择性产生非蛋白原性三肽11a。先前制备的三肽硝基化合物和商业氨基酸酯之间的硫代酰胺偶联也可以顺利进行，以中等产率得到带有非蛋白生成残基的四肽11b和11c。为了进一步证明这种硫代酰胺化方法的合成潜力，运用该方法成功实现了具有六个硫代酰胺键的天然抗生素clothioamide的快速合成，以硝基烷烃12和15以及丙烷-1,3-二胺为原料，通过6步重复双硫代酰胺化，以30%的总收率直接合成得到（图c）。图片来源：Nature Communications反应机理：感兴趣的童鞋可以点击下方阅读原文，获取更详细的机理研究。
图片来源：Nature CommunicationsGeneral thioamide coupling procedure：With no special precautions from air or water, the nitro compound 1 (0.2mmol) is added to a 10 mL reaction tube, followed by the sequential addition of THF (2mL), S8 (2.0 equiv.), Na2S (2.0 equiv.) and the amine 2 (2.0 equiv.). The reaction is monitored by TLC until the nitroalkane appears consumed, typically after 24 h, after which the reaction is quenched with sat. NH4Cl, extracted with ethyl acetate, and the organic phases collected and dried over anhydrous Na2SO4. After filtration, the solution is concentrated under reduced pressure and the crude residue purified by silica-gel flash-column chromatography.
General thiopeptide coupling procedure：The chiral β-amino nitro compound 7 (0.1 mmol) is added to a 10 mL reaction tube, followed by the addition of THF (1 mL) and cooled down to −10 °C, after which Na2S (2.0 equiv., 0.2 mmol), 3d (2.0 equiv.) and the amine 9 (2.0 equiv.) are added with stirring. The reaction is monitored by TLC until complete, typically within 36 h, quenched with sat. NH4Cl, and the crude product extracted with ethyl acetate. After the organic phases are collected, dried over anhydrous Na2SO4 and filtered, the solution is concentrated under reduced pressure and the crude product purified by silica-gel flashcolumn chromatography.
