N-Fmoc-N-甲基-O-叔丁基-L-苏氨酸的合成与应用

简述

L-苏氨酸属于L-天冬氨酸族氨基酸，是哺乳动物无法自身合成的氨基酸之一，广泛应用于饲料、医药和食品领域^[1]。N-Fmoc-N-甲基-O-叔丁基-L-苏氨酸是一种分子式为C₂₄H₂₉NO₅的L-苏氨酸衍生物，英文名称N-Fmoc-N-Methyl-O-tert-butyl-L-threonine，简称Fmoc-N-Me-Thr(But)-OH，常温下性状为白色结晶粉末。

合成方法

提高肽类在体内生物利用度和半衰期的一种方法是对肽序列中的一个或多个氨基酸进行N-甲基化。然而，市售N-甲基化氨基酸种类有限且价格高昂。经过大量的实验研究发现，采用2-氯三联苯氯化物（2-CTC）树脂作为羧酸基的临时保护基，开发了一种Fmoc-N-Me-AA-OH的固相合成方法。采用Biron-Kessler法分别使用二甲基硫酸酯或甲基碘化物对比两种烷基化策略，以两种氨基酸验证该方案：Fmoc-Thr(tBu)-OH（α-氨基酸，空间位阻极大且氨基直接受羧基电子效应影响）与Fmoc-β-Ala-OH（因存在亚甲基基团，其碳原子间隔削弱了羧基的电子效应影响）。结果，目标氨基酸N-Fmoc-N-甲基-O-叔丁基-L-苏氨酸(Fmoc-N-Me-Thr(But)-OH)和N-Fmoc-N-甲基-β-丙氨酸(Fmoc-N-Me-βAla-OH)通过两种策略均以高产率和纯度成功合成^[2]。

应用

虽然苏氨酸的衍生物在肽合成领域具有重要应用，但事实上，关于N-Fmoc-N-甲基-O-叔丁基-L-苏氨酸的应用研究并不多。我们要针对该物质进行深入研究，可以从其他L-苏氨酸类物质的应用推测。例如，以L-苏氨酸和香兰素为起始原料可以设计合成多种新型光催化材料^[3]。纳米材料制备技术领域还报道了一种Fmoc-氨基酸-ZIF-8纳米材料，它是由Fmoc-氨基酸粉末溶解于乙酸锌溶液，并添加到2-甲基咪唑溶液中，经静置，离心，洗涤等步骤制备而成。最终制得的Fmoc-氨基酸-ZIF-8纳米材料可以催化CO₂高效转化，从而解决碳酸酐酶等作为蛋白质催化CO₂转化时对环境变化极为敏感,以及在过热，强碱等环境中不稳定的问题，具有广阔的应用前景^[4]。这些研究都为N-Fmoc-N-甲基-O-叔丁基-L-苏氨酸等L-苏氨酸类化合物的应用探究指明新的方向。

有关研究

实验研究保护氨基酸、Wang树脂取代度、树脂粒度、搅拌方式对Fmoc-氨基酸-Wang树脂连接效率的影响。结果表明，保护氨基酸分子量的大小会因产生不同的位阻而影响缩合反应的效率，分子量越小缩合效率越高；Wang树脂的取代度较高时，已缩合的氨基酸给后续保护氨基酸的缩合形成阻碍，使缩合效率降低；粒径较小和搅拌较好时，对保护氨基酸的粒内外扩散有利，可提高反应速度和缩合效率^[5]。根据该研究结果，N-Fmoc-N-甲基-O-叔丁基-L-苏氨酸分子量较大，粒径较大，不利于与Wang树脂的缩合反应的发生。

参考文献

[1]牛思琦,刘建行,刘佳,等.代谢工程改造大肠杆菌高效生产L-苏氨酸[J].生物工程学报,2025,41(12):4777-4793.DOI:10.13345/j.cjb.250064.

[2]Tanya Román, Acosta G ,Constanza Cárdenas,et al.Protocol for Facile Synthesis of Fmoc-N-Me-AA-OH Using 2-CTC Resin as Temporary and Reusable Protecting Group[J].METHODS AND PROTOCOLS, 2023, 6(6):110.DOI:10.3390/mps6060110.

[3]刘晓菊,李霄,任国瑜,等.L-苏氨酸衍生物的合成及性质[J].工业催化, 2020.DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2020.09.012.

[4]曹美文,张子瑾,张清华,等.Fmoc-氨基酸-ZIF-8纳米材料,其制备方法及应用:CN202111323905.9[P].

[5]郑彦慧,张艳平,张浩,等.Fmoc保护氨基酸与Wang树脂的缩合反应[J].高等学校化学学报, 2008, 29(9).DOI:10.3321/j.issn:0251-0790.2008.09.013.