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消旋化是指手性分子在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生立體異構(gòu)體轉(zhuǎn)變的過程，這一現(xiàn)象在多肽合成中尤為重要。氨基酸消旋化是多肽合成過程中的主要副反應(yīng)，其異構(gòu)化產(chǎn)物具有高度相似的物理特性，從而增加分離純化難度，這不僅影響分子的整體構(gòu)型，最終影響甚至改變多肽的生物活性和功能。因此，在多肽合成過程中保持氨基酸的手性至關(guān)重要。
1. 堿催化的烯醇化反應(yīng)：
羧酸活化形成的活性中間體在強(qiáng)堿性環(huán)境下或者α位連接強(qiáng)吸電子基團(tuán)時，α-H易被奪取重排形成烯醇中間體。而在重新質(zhì)子化的過程中是無選擇性的，因此最終會形成外消旋氨基酸酯，這種消旋途徑在碳二亞胺類縮合試劑介導(dǎo)的縮合反應(yīng)中可能會形成（圖1，Path A）。
2. 烯酮過渡態(tài)：
活化羧酸在堿性環(huán)境下發(fā)生消除反應(yīng)，活性基團(tuán)離去形成烯酮過渡態(tài)，胺進(jìn)攻烯酮中間體不具備立體選擇性，因此得到消旋化的多肽產(chǎn)物，此途徑可能會出現(xiàn)在酰氯存在的縮合反應(yīng)中（圖1， Path B）。
3. 噁唑酮過渡態(tài)：
相較上述兩種消旋機(jī)制，第三種消旋化產(chǎn)生機(jī)制則更加常見，常發(fā)生于N-?；Ｗo(hù)的α-氨基酸參與的縮合反應(yīng)中。羧酸經(jīng)活化后，在堿性環(huán)境下，酰胺鍵中N-H被去質(zhì)子化，使得活化中間體發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化形成噁唑酮中間體，經(jīng)由共軛陰離子的過渡態(tài)導(dǎo)致分子發(fā)生消旋，從而胺與其發(fā)生反應(yīng)時，得到消旋化的多肽產(chǎn)物（圖1, Path C）。
圖1 三種消旋化途徑
基于上述消旋機(jī)制分析，α-H和酰胺鍵的N-H是引發(fā)消旋化的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要素，通過分子設(shè)計調(diào)控這些活性位點(diǎn)的反應(yīng)性，則會很大限度的降低消旋化問題。
在多肽合成中，消旋化程度受多重因素調(diào)控，主要包括縮合試劑類型、氨基酸結(jié)構(gòu)特性、堿、反應(yīng)溶劑和溫度等相關(guān)參數(shù)。
1. 縮合試劑：
不同的縮合試劑形成的活性中間體反應(yīng)活性不盡相同，這也導(dǎo)致了其發(fā)生消旋化的可能性存在差異，如碳二亞胺類縮合試劑（DCC、DIC等）相較于脲正離子型（HATU、HBTU等）更容易發(fā)生消旋化。
2. 氨基酸結(jié)構(gòu)特性：
不同氨基酸具有不同的化學(xué)性質(zhì)和空間構(gòu)型，某些氨基酸在特定的條件下更傾向于發(fā)生消旋化。除了從上述反應(yīng)機(jī)制中獲取的α-H和酰胺的活潑氫會對消旋化產(chǎn)生影響外，諸如底物的空間位阻效應(yīng)：（1）α-C連接的R基團(tuán)位阻越大，越容易發(fā)生消旋化;（2）丙氨酸和纈氨酸在同樣環(huán)境下發(fā)生縮合反應(yīng)時，纈氨酸更容易發(fā)生消旋化，約為丙氨酸的兩倍。
3. 堿的影響：
縮合反應(yīng)中發(fā)生消旋化的程度與堿息息相關(guān)，很多縮合劑介導(dǎo)的縮合反應(yīng)通常需要堿的參與。研究表明，堿的空間位阻以及堿的用量均會影響消旋化程度：在同等當(dāng)量下，DIPEA做堿時比TEA產(chǎn)生的消旋化程度更??；同為DIPEA時，所用當(dāng)量越高發(fā)生消旋化的比例越大（在能促進(jìn)反應(yīng)的前提下所進(jìn)行的測試）。
4.反應(yīng)環(huán)境參數(shù)：
溶劑：反應(yīng)中的消旋化過程通常歷經(jīng)的中間體是帶電荷的，反應(yīng)溶劑的溶劑化效應(yīng)可能會起到穩(wěn)定異構(gòu)化中間體的作用。
溫度：高溫下會對消旋化產(chǎn)生一定的影響。
1. 縮合試劑優(yōu)化：
前文提到了縮合試劑對消旋化的影響很大，選用合適的縮合試劑或添加劑對降低消旋化程度具有很大的幫助。針對傳統(tǒng)碳二亞胺試劑易引發(fā)消旋化的問題，可通過引入HOBt、HOAt或Oxyma等消旋抑制試劑，有效降低消旋化問題。除此之外，采用新型的縮合試劑如趙試劑Ynamide（MYMsA、MYTsA），Oxyma系列縮合試劑（COMU等）（圖2）可以降低甚至避免消旋化的發(fā)生。
圖2 新型縮合試劑
2.保護(hù)基團(tuán)：
氨基甲酸酯類保護(hù)基可以降低噁唑酮的形成風(fēng)險，另外，有些氨基酸的側(cè)鏈會影響到目標(biāo)反應(yīng)的進(jìn)行，如組氨酸側(cè)鏈的咪唑環(huán)易誘導(dǎo)組氨酸的消旋化，選用合適的保護(hù)基如PMBOM、NAPOM能有效避免消旋化的發(fā)生（圖3）。
圖3 組氨酸側(cè)鏈保護(hù)基
3.反應(yīng)條件：
堿：選用大位阻，堿性較弱的堿可以有效降低消旋化程度。
反應(yīng)溶劑：小極性非質(zhì)子溶劑可以降低消旋化問題。
反應(yīng)溫度：較低的溫度通常有助于保持氨基酸的立體選擇性。
4. 其他合成技術(shù)：
機(jī)械合成方法：采用球磨輔助在無溶劑或者很少溶劑的條件下進(jìn)行反應(yīng)，從而降低溶劑化效應(yīng)，實現(xiàn)很高的反應(yīng)收率和極小的消旋化問題。
自動化快速流動多肽合成技術(shù)（AFPS）：相較于傳統(tǒng)的固相合成方法，反應(yīng)速度更快。流速增加及反應(yīng)時間的縮短可以有效降低消旋化產(chǎn)物
微波輔助合成策略：可以加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)收率，降低消旋化程度。
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