含有氮杂糖结构的非天然氨基酸及其合成方法和应用

本发明涉及化学合成，特别涉及一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法及应用。

背景技术：

1、氨基酸及其衍生物因其特殊的结构和性质在农业、工业、日用化工、食品、医药等方面都有着广泛的用途，例如可用作食品、化妆品的添加剂、医药制剂、洗涤剂、作表面活性剂、燃料添加剂、烫发剂和电化学的生产等。氨基酸按其存在方式可以分为天然氨基酸和非天然氨基酸两类，其中天然氨基酸是自然界存在的氨基酸，非天然氨基酸是由人工合成的氨基酸。生物体中蛋白质仅仅有20种天然氨基酸执行了一系列显著功能，仅有的20种天然氨基酸携有的功能基团数量有限，无法满足化学、生物科学研究和应用中对蛋白质结构和功能的需求。目前，通过化学修饰、基因定点突变和计算机辅助蛋白质设计，虽然对蛋白质的结构改造赋予了天然蛋白质新的功能，但这些方法都依赖于20种天然氨基酸本身；其用于修饰改造的功能基团仅有巯基、羟基、羧基、氨基等几种有限基团，功能化方式十分有限。与此相反，非天然氨基酸可以根据人类的需求进行设计，赋予多样性功能基团，在蛋白质修饰中表现突出。

2、多肽和蛋白质类药物是目前医药研发领域中最活跃，进展最快的部分。天然多肽药物由于酶解稳定性差、体内半衰期短、伴随一定的毒副作用等缺点而限制其发展成为优秀的临床用药。将非天然氨基酸引入多肽药物内，可显著改善多肽药物的稳定性、提高多肽药物通透血脑屏障的能力以及降低多肽药物的毒性。因而发展新型的多功能的非天然氨基酸对于多肽药物的研发有着十分重要的作用。

3、通过化学键将单糖(如葡萄糖、半乳糖)或者多糖连接到多肽上的过程，被称之为多肽糖基化修饰，通过糖基化修饰后得到的多肽被称之为糖肽(glycopeptides)；糖肽对膜蛋白功能常常有很重要的影响，对特异的生物学功能起介导作用，比如：对细胞具有保护、稳定、组织及屏障等多方面作用；可作为外源性受体的特异性配体，细胞表面的糖链可作为各种病毒、细菌及寄生物的特异受体；可作为内源性受体的特异性配体，参与介导清除、周转及胞内穿行作用等。

4、糖肽类抗生素是由各种各样的微生物产生的具有复杂的多环肽结构的抗生素，提供对于大部分革兰氏阳性菌有效的抗菌药。万古霉素是第一个临床应用的糖肽类抗生素，目前临床上应用的有万古霉素、去甲万古霉素和替考拉宁等。目前，如何提高糖肽类抗生素的溶解性，通过修饰影响多肽的构象，进一步改善其功能、增加活性，是需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请的方案基于上述思路，提供了一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法及应用，通过以下方案实现：

2、一方面，本身请提供一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸，结构如式i或式ii所示：

3、

4、其中，r1为h、c1-c3烷基、c1-c6烷基胺、苄基、亚甲基-3-吲哚或对羟苄基中的一种。

5、进一步地，所述非天然氨基酸选自以下任一化合物：

6、

7、另一方面，本申请提供一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法，用于合成上述非天然氨基酸，包括如下步骤：

8、

9、1)将化合物v或化合物vi溶于thf/meoh/h2o混合溶剂，在冰浴下加入lioh，升至室温搅拌过夜，得到混合溶液；

10、2)用稀盐酸溶液缓慢将混合溶液调节ph至2～3，用乙酸乙酯萃取，蒸干，得到脱去甲酯的粗产物；

11、3)将所述脱去甲酯的粗产物溶于thf/meoh/h2o混合溶剂，加入pd/c或pd(oh)2在常温下搅拌反应，用硅藻土滤除催化剂，减压蒸干，通过柱层析分离得到化合物i或化合物ii；

12、其中，r2为h、c1-c3烷基、c1-c6烷基胺、苄基或亚甲基-3-吲哚中的一种；其中所述c1-c6烷基胺或苄基各自独立地被选自h、苄氧羰基或苄氧基中的一种取代基取代。

13、在一些实施方式中，本申请所提供的含有氮杂糖结构的非天然氨基酸还可以通过如下步骤合成：

14、

15、1)将化合物v或化合物vi溶于thf/meoh/h2o混合溶剂，加入pd/c或pd(oh)2在常温下搅拌反应，用硅藻土滤除催化剂，得到含有中间产物的反应液；

16、2)在冰浴下向含有中间产物的反应液中加入lioh，升至室温搅拌过夜，得到混合溶液；

17、3)用稀盐酸溶液缓慢将混合溶液调节ph至2～3，蒸干有机相，通过柱层析分离得到化合物i或化合物ii；

18、其中，r2为h、c1-c3烷基、c1-c6烷基胺、苄基或亚甲基-3-吲哚中的一种；其中所述c1-c6烷基胺或苄基各自独立地被选自h、苄氧羰基或苄氧基中的一种取代基取代。

19、进一步地，所述化合物v或化合物vi选自以下任一化合物：

20、

21、进一步地，所述thf/meoh/h2o混合溶剂的混合比例为3:1:1；所述加入pd/c或pd(oh)2在常温下搅拌反应的压强为0.4mpa，反应时间为12～36h；所述柱层析分离的柱色谱为dcm/meoh＝15:1～10:1。

22、进一步地，所述化合物v或化合物vi通过如下步骤合成：

23、

24、1)将化合物iii或化合物iv溶于甲醇，依次加入氨基酸甲酯盐酸盐、nacnbh3和zncl2，回流反应，在冰浴下加入饱和nahco3水溶液淬灭反应；

25、2)减压蒸出甲醇，得到浓缩物，将浓缩物用乙酸乙酯溶解，依次使用饱和nacl水溶液洗涤两次，水洗两次，对水相用乙酸乙酯萃取三次，合并有机相，将有机相干燥后过滤，将滤液减压浓缩蒸除乙酸乙酯，通过柱层析分离得到化合物iii或化合物iv；

26、其中，r2为h、c1-c3烷基、c1-c6烷基胺、苄基或亚甲基-3-吲哚中的一种；其中所述c1-c6烷基胺或苄基各自独立地被选自h、苄氧羰基或苄氧基中的一种取代基取代。

27、进一步地，所述化合物i或化合物ii和氨基酸盐酸盐、nacnbh3、zncl2摩尔比为1：2：2：0.5。

28、进一步地，所述回流反应的时间为12～36h。

29、最后，本申请还提供上述含有氮杂糖结构的非天然氨基酸在多肽的糖基化修饰中的应用。

30、本发明提供的方案以葡萄糖、半乳糖、甘露糖和核糖为原料，通过“一釜连续合成法”合成了含有氮杂糖结构修饰的非天然氨基酸化合物，条件温和，工艺简洁。合成的一系列氮杂糖修饰的非天然氨基酸结构新颖，可以对多肽药物的不同位置进行普适性化学修饰，通过使用羰基替代传统结构中的羟甲基，可以有效提高化合物的亲酯性，进而改善多肽药物的理化性质。

技术特征：

1.一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸或其药学上可接受的盐，其特征在于，所述非天然氨基酸的结构如式i或式ii所示：

2.根据权利要求1所述的一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸或其药学上可接受的盐，其特征在于，所述非天然氨基酸选自以下任一化合物：

3.一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法，用于合成权利要求1或2所述的含有氮杂糖结构的非天然氨基酸，其特征在于，包括如下步骤：

4.一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法，用于合成权利要求1或2所述的含有氮杂糖结构的非天然氨基酸，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求3或4所述的一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法，其特征在于，所述化合物v或化合物vi选自以下任一化合物：

6.根据权利要求3或4所述的一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法，其特征在于，所述thf/meoh/h2o混合溶剂的混合比例为3:1:1；所述加入pd/c或pd(oh)2在常温下搅拌反应的压强为0.4mpa，反应时间为12～36h；所述柱层析分离的柱色谱为dcm/meoh＝15:1～10:1。

7.根据权利要求3或4所述的一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法，其特征在于，所述化合物v或化合物vi通过如下步骤合成：

8.根据权利要求7所述的一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法，其特征在于，所述化合物i或化合物ii和氨基酸盐酸盐、nacnbh3、zncl2摩尔比为1：2：2：0.5。

9.根据权利要求7所述的一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸的合成方法，其特征在于，所述回流反应的时间为12～36h。

10.根据权利要求1-9任一项所述的含有氮杂糖结构的非天然氨基酸在多肽的糖基化修饰中的应用。

技术总结本发明公开了一种含有氮杂糖结构的非天然氨基酸及其合成方法和应用。本发明以葡萄糖、半乳糖、甘露糖和核糖为原料，通过“一釜连续合成法”合成了含有氮杂糖结构修饰的非天然氨基酸化合物。本发明化合物的结构中用羰基代替了羟甲基，合成了一系列氮杂糖修饰的非天然氨基酸，结构新颖，可以对多肽药物的不同位置进行普适性化学修饰，改善多肽药物的理化性质。技术研发人员：王锐,罗惠鑫,石韫韬,王鹏新,左权,赖渲亮受保护的技术使用者：中国医学科学院药物研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/17