2016年、江西師範大学のJunfeng Zhaoらは、イナミドを縮合剤として用いることで、一切の添加剤を必要とせず、ラセミ化フリーでペプチドを合成することに成功した。単純なアミドやジペプチドの合成だけでなく、ペプチドのセグメント縮合にも応用できる。
“Ynamides as Racemization-Free Coupling Reagents for Amide and Peptide Synthesis”
Long, H.; Silin, X.; Zhenguang, Z.; Yang, Y.; Zhiyuan, P.; Ming, Y.; Changliu, W.; Junfeng, Z.* J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13135–13138. DOI: 10.1021/jacs.6b07230
問題設定
アミド結合の形成には、カルボン酸を活性化させる形での縮合剤が多く使用されている。しかし、これらの縮合剤を用いる場合、試薬自身や添加剤などに由来する多量の廃棄物が生じるため、原子効率に優れる反応剤が求められている。
イナミンは、高収率・添加剤不要でペプチドを合成できる縮合剤として1964年に報告されていた[1]。しかし、イナミンは熱に不安定で水とも反応し、さらにラセミ化も引き起こしやすいため実用的な縮合剤では無かった[2]。
技術や手法のキモ
イナミンの窒素置換基を電子求引基に変えたイナミドを用いることが鍵であった。本化合物は熱的に安定で、かつ水中でも反応に使用できる。また、電子求引基導入の結果として塩基性も低下しており、ラセミ化を抑制する効果もある。
今回の研究ではMYMsA、MYTsAを最適試薬として見いだしている。2工程の合成法にていずれも簡便に合成できる。
主張の有効性検証
①既存の縮合剤との比較
MYMsA, MYTsAのどちらを使用した場合でも、既存の縮合剤を使用した場合に比べ高収率で反応が進行した。かつ一切のラセミ化が見られていない。
②基質一般性
N末の保護基としてはBoc, Cbz, Fmocのいずれも適用可能である。アミノ酸側鎖に-OH,-SH,-CONH2,NHが含まれていても選択的に反応するため、側鎖の保護は必要ない。ValやAibといった立体障害が大きい基質でも、反応時間を長くすることで高い収率が得られているほか、大スケール(20 mmol)でも収率にはほぼ影響がない。ペプチドのフラグメント縮合にも応用できる。
③反応機構について
脂肪族・芳香族、不飽和カルボン酸に対してMYTsAを混合すると、室温で数時間以内に、高収率で対応するα-アシロキシイナミドが得られる。これらのα-アシロキシイナミドは全て室温で安定に存在した。また、強酸（TfOH）を触媒として加えると反応時間が2.4倍短縮されたという報告[3]がある。
これらの事実をもとに、α-アシロキシイナミド生成・ペプチド結合生成それぞれの段階について、反応機構解析が他研究者によって行われている（下図）[4]。
まずイナミドのプロトン化が起こりイミニウム種が生じ、カルボン酸が生じることでα-アシロキシイナミドが生成する。これがさらにもう一分子のカルボン酸と絡むことでアミド形成反応が進行し、副生成物としてスルホニルイミドが生じる。
論文[4]より引用
議論すべき点
- AibやValなどの、立体障害の大きい基質でも高い収率を得られている点は特筆すべきだろう。
- one-potかつ大スケールで反応を行えるため、大量合成にも応用可能。しかし、反応時間が長いのが欠点。
- 5残基のペプチドであるLeu-Enkephalinの合成を行う場合、数日かかり、収率も70%まで落ちている。ラセミ化リスクを懸念してか活性化箇所をグリシンにしていることも注意点。他の基質をフラグメントカップリングに利用する場合、どれほどラセミ化するかは未知数。
参考文献
- Buijle, R.; Viehe, H. G. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1964, 3, 582. DOI: 10.1002/anie.196405822
- Weygand, F.; König, W.; Buyle, R.;Viehe, H. G. Chem. Ber. 1965, 98, 3632. DOI: 10.1002/cber.19650981130
- Hu, L.; Zhao, J. Synlett 2017, 28, 1663. DOI: 10.1055/s-0036-1588860
- Zhang, S.; Xing, H.; Deng, Z. Org. Biomol. Chem. 2017, 15, 6367. doi:10.1039/C7OB01378G
