背景介紹

含氟氨基酸（FAAs）是一類非常有價(jià)值的構(gòu)建塊，在生物科學(xué)和制藥工業(yè)中被廣泛用于提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、活性和折疊性能。然而，合成方法通常受到苛刻條件和有限基質(zhì)范圍的限制。南京大學(xué)化學(xué)院潘毅團(tuán)隊(duì)王毅課題組通過使用連續(xù)流技術(shù)展示了光誘導(dǎo)的α-CF₃氨基酸的通用合成方案，該方案得益于增強(qiáng)的融合和對(duì)反應(yīng)時(shí)間的精確控制，使其在大規(guī)模肽合成中具有潛在的用途。

FAAs作為生物示蹤劑、機(jī)制探針和酶抑制劑，是肽和蛋白質(zhì)科學(xué)中最常見的策略之一。將含氟氨基酸及其衍生物引入多肽藥物中，由于其具有較強(qiáng)的疏水性，通?？梢蕴岣咚幬锏臒岱€(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，增加脂質(zhì)溶解度，從而大大提高生物和藥理學(xué)活性。因此，F(xiàn)AAs的固有功能使其成為合成結(jié)構(gòu)更復(fù)雜化合物的多用途前體。因此，開發(fā)新的方法來簡(jiǎn)化FAAs的獲取一直是化學(xué)合成的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

氨基酸的位點(diǎn)選擇氟化已應(yīng)用于各種藥物場(chǎng)景，包括血壓控制、過敏治療和腫瘤生長抑制等。含三氟甲基氨基酸的合成通常可以按照?qǐng)D中所示的策略實(shí)現(xiàn)。例如，α-酮亞胺酯的親核三氟甲基化；氟化酮的親電胺化和氟化胺的羧化。然而，這些策略通常受到底物范圍的限制，需要特定的氟化砌塊。對(duì)亞胺的光催化自由基加成已經(jīng)有了報(bào)道。將烷基親核試劑添加到三氟甲基α-酮亞胺酯中，是構(gòu)建氟化氨基酸的一種有吸引力的方法。

實(shí)驗(yàn)部分

近期，南京大學(xué)化學(xué)院潘毅團(tuán)隊(duì)王毅課題組報(bào)道了使用EZONE連續(xù)流光電化學(xué)反應(yīng)器（PER-10）制備一系列三氟甲基化天然α-氨基酸類似物的通用無催化劑光氧化還原方案，如圖1。

圖1. 使用連續(xù)流光電化學(xué)反應(yīng)器PER-10進(jìn)行制備

首先，作者對(duì)光源、溶劑及連續(xù)流保留時(shí)間等條件進(jìn)行了優(yōu)化（圖2）。有了優(yōu)化的連續(xù)流反應(yīng)條件，這個(gè)簡(jiǎn)單的反應(yīng)可以快速獲得一系列α-CF₃衍生的天然氨基酸類似物。CF₃修飾的異亮氨酸（1）、酪氨酸（2）、苯丙氨酸（3）和丙氨酸（4）能夠以低成本、高產(chǎn)率順利獲得。即使是具有挑戰(zhàn)性的伯烷基衍生的Hantzsch酯也能以中等產(chǎn)率提供CF3-亮氨酸（5），這是在其他方法中未報(bào)道過的。接下來，作者用不同的胺研究了這種轉(zhuǎn)化的普遍性。在鄰位、間位和對(duì)位具有給電子基團(tuán)（7-11）、鹵素原子（12-14）或吸電子基團(tuán)（15）的苯胺反應(yīng)順利進(jìn)行，以中等至優(yōu)異的產(chǎn)率提供產(chǎn)物。雙取代的（16-18）和多取代的（6,19）底物也能夠以良好的產(chǎn)率轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。

圖2. 利用PER-10連續(xù)流光電化學(xué)反應(yīng)器對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行調(diào)整

接下來，作者探索了不同Hantzsch試劑的反應(yīng)范圍。芐基（21-23）、環(huán)烷基（24-27）、仲烷基（28-30）取代的Hantzsch酯衍生物已被用于光誘導(dǎo)的自由基烷基化，并以優(yōu)異的產(chǎn)率獲得了所需的產(chǎn)物。這種可行的方法可以構(gòu)建天然和非天然含氟氨基酸。最后，作者研究了其他α-位氟化烷基（31-33）和芳基氨基酸（34，35），它們能夠以優(yōu)異的產(chǎn)率被轉(zhuǎn)化。如圖3。

圖3. 不同F(xiàn)AA的連續(xù)流合成產(chǎn)率

隨后，作者做了一系列機(jī)理驗(yàn)證得出以下結(jié)論：

1. 通過測(cè)試底物紫外可見光譜，并無EDA絡(luò)合物效應(yīng)；

2. 通過自由基捕獲實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了反應(yīng)自由基歷程；

3. 通過量子產(chǎn)率實(shí)驗(yàn)，證明該反應(yīng)是一種催化自由基途徑，而不是自由基鏈機(jī)制。

此外，作者還評(píng)估了實(shí)際應(yīng)用，連續(xù)流動(dòng)模式下的克級(jí)反應(yīng)也以同樣高的產(chǎn)率獲得了最終產(chǎn)物。

結(jié)論

作者開發(fā)了一種可見光介導(dǎo)的含三氟甲基亞胺基酯的金屬自由基烷基化，并使用連續(xù)流制備技術(shù)構(gòu)建三氟甲基化氨基酸。這種高效可控的策略為構(gòu)建含CF3結(jié)構(gòu)的天然氨基酸提供了強(qiáng)大的工具，在大規(guī)模制備含氟肽和蛋白質(zhì)方面具有重要價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

Jiyang Liu, Weigang Zhang, Xiangzhang Tao, et al. Photoredox Microfluidic Synthesis of Trifluoromethylated Amino Acids. Org. Lett. 2023, 25(17), 3083-3088. 10.1021/acs.orglett.3c00915.

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