[发明专利]氰基非天然氨基酸的制备及其在生物正交拉曼检测上的应用

说明书

本发明涉及几种脂肪族氰基氨基酸的合成方法以及在生物正交拉曼中的应用，该脂肪族氰基氨基酸为甲硫氨酸衍生物和赖氨酸衍生物，所述方法包括：将具有如下结构的化合物与溶于吡啶中的POCl₃反应得到氰基化合物。本发明提供的氰基氨基酸的合成方法主要适用于脂肪族氰基氨基酸，如含酰胺键和碳酸酯的氰基氨基酸。反应以部分保护的前体氨基酸为骨架，经过脱水、酰胺键或碳酸酯键的形成在氨基酸骨架上引入氰基，脱保护时避免了氰基的水解，合成过程中高温或低温操作少，对能源要求低。终产物使用亲水相互作用色谱(HILIC)进行纯化，得到纯度极高的氰基氨基酸。氰基氨基酸可经基因密码子扩增技术插入蛋白中，用于生物正交拉曼检测。

技术领域

本发明涉及有机合成领域，尤其涉及氰基非天然氨基酸的合成方法及其在生物正交拉曼检测上的应用。

背景技术

非天然氨基酸大多是带有功能性基团的天然氨基酸衍生物，现今报道的非天然氨基酸有甲硫氨酸衍生物、赖氨酸衍生物、酪氨酸衍生物、半胱氨酸衍生物等。一些非天然氨基酸可以通过代谢途径插入蛋白质中，如甲硫氨酸衍生物Aha和Hpg，能与甲硫氨酸竞争，通过代谢途径取代蛋白的甲硫氨酸位点，从而使蛋白带有叠氮或炔基基团。一些非天然氨基酸可以利用基因密码子扩展技术进入蛋白序列中。赖氨酸衍生物，如Penk、BCN等，可以利用氨酰-tRNA合成酶PylRS/tRNA^Pyl_CUA将其特异地插入到蛋白的某一位点。非天然氨基酸能够赋予蛋白新的功能，利用它们本身的性质以及与蛋白的相互作用实现了多种用途，如蛋白的位点特异性标记，具有生物学意义的核磁、红外、FRET、荧光探针，改造并调控蛋白的酶活，在蛋白的特定位点引入翻译后修饰研究其功能，等等。

目前在非天然氨基酸上修饰的功能性基团主要有正交反应基团(炔基、叠氮、双键、羰基等)、光交联基团、光脱除基团、核磁活性基团、红外活性基团等。其中氰基是利用极少的基团。然而，许多临床使用的药物中都含有氰基基团，氰基是具有较强极性的碳氮三键，有较强的吸电子性质，其体积仅为甲基的1/8，药物设计中的氰基取代已经成为先导化合物结构优化的研究策略之一。同时，氰基经水解后可由电中性转化为负电的羧基。另一方面，氰基与叠氮、炔基、C-D的拉曼信号均位于细胞的拉曼沉默区(1800-2800cm^-1)。基于氰基的这些特性，氰基氨基酸可能用于相关的蛋白研究中。

已报到的氰基氨基酸多是芳香腈，而相对于脂肪腈，芳香腈体积和刚性更大，可能会对蛋白质的结构和功能产生较大影响。目前合成脂肪族氰基非天然氨基酸的报道极少，氰基氨基酸的应用也较为缺乏。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的难题，提供几类脂肪族氰基非天然氨基酸的设计和合成方法，它们分别属于甲硫氨酸衍生物和赖氨酸衍生物。以易得的原料、简单的操作、较少的步骤、合适的纯化方法，获得高纯度的氰基氨基酸。并探索了氰基氨基酸在生物正交拉曼中的应用。

本发明提供的一种脂肪族氰基氨基酸的合成方法，该脂肪族氰基氨基酸为甲硫氨酸衍生物，该方法包括：

将具有如下结构的化合物

与溶于吡啶中的POCl₃反应得到氰基化合物。

优选地，上述脂肪族氰基氨基酸的合成方法包括如下反应式：

本发明提供的一种脂肪族氰基氨基酸的合成方法，该脂肪族氰基氨基酸为赖氨酸衍生物，该方法包括：

将具有如下结构的化合物

与NC-(CH₂)_n-O-C(O)-R或NC-(CH₂)_n-C(O)-R反应得到氰基化合物，其中R是易离去基团。