Boc树脂裂解方案

 

 

        在肽合成过程中，Boc保护基团被广泛用于保护氨基酸的氨基末端，以防止在合成过程中发生不必要的反应。在肽合成完成后，通过裂解和去保护步骤将肽从树脂上释放，并去除这些保护基团，以获得目标肽序列。选择适当的裂解方法对确保高纯度的肽产物至关重要。本文将详细介绍几种常用的Boc树脂裂解方法，并讨论裂解前的准备工作、实验步骤及相关注意事项。

 

Boc树脂裂解的主要方法

        1. 使用无水氟化氢（HF）裂解

        无水氟化氢（HF）是最为常用的Boc树脂裂解剂。它能够高效地裂解Boc树脂，并全面去除肽中的保护基团，是许多合成实验室的首选裂解剂。尽管HF具有高毒性和强腐蚀性，其高效性仍使其在裂解过程中的应用非常广泛。

 

         实验步骤：

         1. 准备工作：在进行HF裂解之前，确保肽树脂已完全干燥。将肽树脂置于专门设计的HF裂解装置中，并在20℃下通过氮气填充装置，以确保无水环境。

         2. 加入清除剂：为了保护肽链中可能敏感的氨基酸残基（如色氨酸），加入适量的清除剂，如蒽酚、吲哚或二甲硫醚。这些清除剂能够与潜在的自由基反应，从而避免肽链的降解。

         3. HF裂解：将裂解装置冷却至0℃，然后缓慢加入约10毫升无水HF。轻轻搅拌5分钟以确保清除剂与HF充分混合，继续缓慢加入HF至所需体积（通常为50-100 mL），确保HF完全覆盖肽树脂。将装置维持在0℃，并搅拌30分钟到1小时。

         4. HF气体释放与清洗：反应完成后，通过冷却装置缓慢释放HF气体，并使用氮气反复冲洗装置三次以确保HF完全排出。

         5. 肽回收：打开裂解装置，将肽树脂悬浮在冷的无水乙醚中，然后离心分离，弃去上清液。

         6. 树脂洗涤与干燥：用乙醚重复洗涤树脂两次，然后将树脂置于高真空下干燥，最终获得裂解后的肽产物。

 

         注意事项：

         • HF具有极强腐蚀性和毒性，因此操作必须在专门设计的防护设备内进行，且实验室应具备良好的通风设施。

         • 实验人员需佩戴全套防护装备，包括防护眼镜、面罩、橡胶围裙和手套，以防止HF接触皮肤或被吸入。

 

         2. 使用三氟甲磺酸（TFMSA）裂解

三氟甲磺酸（TFMSA）是一种相对温和的裂解剂，常用于裂解对HF敏感的肽片段。虽然TFMSA的裂解能力略逊于HF，但它在处理某些特定肽片段时更为适合。

 

         实验步骤：

         1. 树脂溶胀：将肽树脂在二甲基亚砜（DMSO）中溶胀，通常需要溶胀30分钟，以确保树脂中的每个位点都能充分接触到TFMSA。

         2. 裂解混合物的制备：在裂解容器中，加入TFMSA与二甲基苯胺（作为酸清除剂），搅拌均匀，并将混合物冷却至0℃。

         3. 加入肽树脂：将已溶胀的肽树脂加入冷却至0℃的TFMSA混合物中，搅拌2小时以确保肽与裂解剂充分接触。

         4. 树脂分离与洗涤：反应完成后，通过过滤分离树脂，并依次用DMSO、二氯甲烷（DCM）和甲醇（MeOH）洗涤树脂，以去除残留的TFMSA和肽碎片。

         5. 树脂干燥：将洗涤后的树脂置于高真空下干燥至少4小时，以获得裂解后的纯化肽产物。

 

         注意事项：

         • TFMSA虽然比HF温和，但仍具腐蚀性，操作时应注意防护。

         • 使用的玻璃器皿和其他实验设备需耐酸，以避免TFMSA的腐蚀。

 

         3. 使用三甲基硅基三氟甲磺酸盐（TMSOTf）裂解

         三甲基硅基三氟甲磺酸盐（TMSOTf）是一种较为温和的裂解试剂，特别适用于对HF敏感的肽片段。TMSOTf裂解的反应性较弱，通常需要较长的反应时间和较高的温度。

 

         实验步骤：

         1. 树脂溶胀：将肽树脂在二氯甲烷（DCM）中溶胀，通常溶胀时间为30分钟，以确保树脂颗粒均匀分散。

         2. 裂解混合物的制备：将裂解容器冷却至0℃，然后缓慢加入TMSOTf，同时保持容器的温度在0℃，并搅拌1小时。

         3. 加入肽树脂：将溶胀后的肽树脂加入冷却至0℃的TMSOTf混合物中，反应1小时。

         4. 树脂分离与洗涤：反应完成后，通过过滤分离树脂，并依次用DCM、甲醇和乙醚洗涤树脂，以去除裂解产物和残留的TMSOTf。

         5. 树脂干燥：将洗涤后的树脂置于高真空下干燥至少4小时，获得裂解后的肽产物。

 

         注意事项：

         • TMSOTf的裂解效率较HF稍弱，但其温和的裂解条件有助于减少副反应的发生，特别适合处理对酸敏感的肽片段。

         • TMSOTf仍具有一定的腐蚀性，使用时应小心处理。

 

         4. 使用其他裂解方法

         对于某些特定类型的树脂，如肟树脂（oxime resin），可采用不同于酸裂解的方法来生成肽腙和其他保护片段类似物。这些方法通常适用于合成对酸不稳定的肽，或者需要特定保护基团保持的肽段。

 

常用Boc兼容氨基酸衍生物的裂解兼容性

         在选择裂解方法时，了解各类Boc兼容的氨基酸衍生物在不同裂解条件下的稳定性是非常重要的。以下是常用氨基酸在HF、TMSOTf和TFMSA裂解中的兼容性。

 

 

树脂裂解前的准备工作

          在进行裂解之前，肽树脂的适当准备是防止副反应和确保完全裂解及去保护的关键。裂解方法的选择应根据所使用的树脂类型和肽序列中的氨基酸侧链保护基团来决定。在开始裂解之前，确保所用的树脂和侧链保护基团与选择的裂解方法兼容。所有树脂在裂解前都应仔细清洗和干燥，以防止水分或残留试剂的影响。

 

          1. 去除His的DNP保护基团

          如果合成的肽中包含His（Dnp），必须在裂解之前去除DNP保护基团。这是因为DNP基团的存在可能会影响后续裂解和去保护的效果。

 

          实验步骤：

          1. 树脂溶胀：将肽树脂在少量二甲基甲酰胺（DMF）中溶胀，通常需要溶胀30分钟，以确保树脂中的每个位点都能充分接触到去保护试剂。

          2. DNP去除反应：向溶胀树脂中加入20倍摩尔过量的硫代苯酚，在室温下搅拌1-2小时，或放置过夜以确保DNP基团完全去除。

          3. 树脂分离与洗涤：反应完成后，将树脂转移到烧结玻璃漏斗中，并依次用DMF、甲醇和乙醚洗涤树脂。

          4. 树脂干燥：将洗涤后的树脂置于高真空下干燥，最后进行裂解操作。

 

          2. 去除N端Boc基团

          在使用HF进行裂解之前，通常需要先使用三氟乙酸（TFA）去除肽链N端的Boc基团。这样可以防止在HF裂解过程中形成t-丁基化副产物，并确保Boc氨基酸的完全去除。

 

          实验步骤：

          1. 树脂溶胀：将肽树脂在二氯甲烷（DCM）中溶胀，通常需要溶胀30分钟，以确保树脂的每个位点都能充分接触到TFA。

          2. Boc基团去除：将溶胀后的树脂转移到烧结玻璃漏斗中，加入50% TFA/DCM溶液，在室温下搅拌15分钟。

          3. 树脂分离与洗涤：反应完成后，使用DCM充分洗涤树脂，重复此步骤三次，然后用甲醇和乙醚分别洗涤树脂。

          4. 树脂干燥：将洗涤后的树脂置于高真空下干燥，最后进行HF裂解操作。

 

特殊氨基酸的处理

          在某些肽合成中，肽链中可能包含特殊保护基团的氨基酸残基，如Trp（For）等。这些保护基团可能需要在裂解前进行特殊处理，以确保保护基团的去除和避免副反应。

 

          1. 使用哌啶去甲酰化

          对于含有甲酰基保护的Trp（For）肽树脂，可以在裂解前使用哌啶处理以去除甲酰基。

 

          实验步骤：

          1. 树脂溶胀：将肽树脂在二甲基甲酰胺（DMF）中溶胀，通常需要溶胀30分钟，以确保树脂的每个位点都能充分接触到哌啶溶液。

          2. 去甲酰化反应：将溶胀后的树脂置于0℃，加入20倍摩尔过量的哌啶: DMF混合液，搅拌2小时。

          3. 树脂分离与洗涤：反应完成后，将树脂转移到烧结玻璃漏斗中，依次用DMF、甲醇和乙醚洗涤树脂。

          4. 树脂干燥：将洗涤后的树脂置于高真空下干燥，最后进行裂解操作。

 

          2. 低-高裂解方法

          为了减少在高裂解条件下发生的副反应，可以采用低温-高温分段裂解法，首先在低温下去除大多数苄基基团，然后在高温下裂解剩余的保护基团。

 

          实验步骤：

          1. 低温裂解：将肽树脂在冷却至0℃的TFMSA或HF裂解混合物中搅拌30分钟，以去除大部分苄基保护基团。

          2. 高温裂解：将反应温度升至室温或更高温度（如25-50℃），继续反应1-2小时，以确保所有保护基团都被去除。

          3. 树脂分离与洗涤：裂解完成后，通过过滤分离树脂，并依次用DCM、甲醇和乙醚洗涤树脂。

          4. 树脂干燥：将洗涤后的树脂置于高真空下干燥，获得裂解后的肽产物。

 

总结

          选择适当的Boc树脂裂解方法对于确保肽合成的成功至关重要。每种方法都有其特定的应用场景和要求，必须根据具体的氨基酸序列和保护基团来做出最佳选择。使用前的树脂准备、去保护步骤、裂解方法和肽的纯化过程都需要仔细规划，以避免副反应并确保最终产物的纯度和收率。

 

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