【JACS】新型氨基保護基Picoc！可光照脫保護！

肽類治療藥物是一類重要的藥物，因其高靶向特異性和良好的安全性而備受青睞。然而，傳統的肽合成依賴于 Boc 或 Fmoc 保護基（如 Boc/Fmoc），其脫保護過程需使用腐蝕性的三氟乙酸（TFA）或受監管的哌啶。這些試劑不僅帶來環境和安全問題，還會引發天冬酰胺內酰亞胺、二酮哌嗪形成等副反應。因此，開發能夠實現溫和、選擇性脫保護的新型保護基迫在眉睫。【】

近期，上海交通大學王平團隊報道了一種親水性N-吡啶甲氧羰基（ N -Picoc ）氨基酸保護基的可見光光氧化還原催化脫保護方法。該策略無需使用 TFA 和哌啶，且能在溫和、環境友好的條件下高效進行。Picoc 固相肽合成（Picoc-SPPS）可抑制常見副反應，與水、γ- 戊內酯等綠色溶劑兼容，還能在水相體系中進行。此外，將光催化劑固定在樹脂上可實現高效的催化劑回收，進一步提高了可持續性。本研究表明，Picoc-SPPS 是傳統 SPPS 的一種多功能、可規模化且環境可持續的替代方法，在科研和藥物生產領域均具有巨大潛力。【 J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 48244–48253； https://doi.org/10.1021/jacs.5c17715 】

Picoc保護基及相關氨基酸合成

以商業可得的側鏈保護氨基酸與 Picoc 羰基咪唑試劑反應，成功合成了 20 種標準氨基酸的 Picoc 保護衍生物（收率最高達 91%），還制備了非天然氨基酸及假脯氨酸二肽的 Picoc 保護產物。這類保護氨基酸化學穩定性優異，N-α-Picoc-L-纈氨酸在 DMF 中室溫放置 28 天 1H NMR 譜無變化，且親水性顯著提升，為肽合成提供了優質構建模塊。

光氧化還原催化Picoc脫保護條件優化

溶液相脫保護：以 Picoc-L-Trp (Boc)-OH 為模型底物，優化出多種有效體系。如使用 Ru (bpy)?Cl?（1.5 mol%）作為光催化劑、抗壞血酸（5.0 當量）作為還原劑，在 PBS/MeOH（1/1, v/v, pH 5.0）中，經 10 W 家用緊湊型熒光燈（CFL）照射 20 分鐘，可定量脫保護；40 W 藍色 LED（450 nm）照射也能獲得相當結果，且該體系在 MeCN、DMF、THF 等多種溶劑中均有效。此外，fac-Ir (ppy)?、4CzIPN 等光催化劑也表現出一定活性，其中 fac-Ir (ppy)?在 THF/PBS（4/1, v/v）中經藍色 LED 照射效果良好，而曙紅 Y 因氧化還原電位不足未達到有效脫保護效果。該方法已成功應用于克級規模制備 Aβ 聚集抑制五肽 LPYFD。

樹脂相脫保護：針對 Wang 樹脂負載的亮氨酸腦啡肽，篩選出最優條件：以 fac-Ir (ppy)?（5 mol%）為光催化劑，甲酸（20.0 當量）和Hantzsch酯（6.0 當量）為輔助試劑，在 DMF/H?O（9/1, v/v）中，35℃下經 40 W 藍色 LED 照射 30 分鐘，實現定量脫保護（收率 100%）。該體系對 THF、γ- 戊內酯等多種溶劑兼容，尤其對環境友好型溶劑表現出良好適用性，且對氧氣耐受性強，適合實際 SPPS 應用場景。 Hantzsch酯 作為關鍵氫供體，甲酸的質子化作用及水的存在對脫保護效率至關重要，減少或省略這些組分將導致收率顯著下降（如 Hantzsch酯 降至 3.0 當量時收率 76%，無 Hantzsch酯 時收率 0；甲酸降至 10.0 當量時收率 75%；無水條件下收率 91%）。

Picoc-SPPS平臺常規固相肽合成

Wang樹脂和Rink Amide-AM 樹脂與該方法完全兼容，而酸敏感的 2CTC 樹脂不兼容。采用 4.0 當量 Picoc 保護氨基酸，經 DIC（5.0 當量）和 Oxyma（4.0 當量）活化后在 DMF 中 50℃ 縮合 60 分鐘，再經優化的光氧化還原脫保護條件處理，最后用 TFA 混合物（TFA / 苯酚 / H?O/TIPS=88/5/5/2, v/v/v/v）進行樹脂裂解和全局脫保護，成功合成了多種肽類（32-41），收率在 19%-56% 之間。通過引入 Picoc 保護的假脯氨酸二肽，實現了超過 30 個殘基的復雜肽合成，如艾塞那肽（收率 19%）和鮭魚降鈣素（收率 25%）。

Picoc-SPPS平臺 水相固相肽合成

利用 Picoc 基團的親水性，以水可溶脹的 TentaGel 樹脂為載體，采用 COMU/2,6 - 二甲基吡啶作為縮合體系，在含 2% 曲拉通 X-100 的 30% aqueous THF 中進行 縮 合反應，隨后在 THF/H?O（2/1, v/v）中經光催化脫保護，高效合成了肽類 42-45，拓展了該平臺的適用性。

光催化劑固定化

將羧酸功能化的光催化劑共價連接到樹脂上，實現催化劑的回收再利用。該固定化體系成功合成了 12 種生物活性肽（42, 46-56），如亮氨酸腦啡肽酰胺（500 mg 樹脂規模合成，收率 43%）、gersizangitide（20 肽，收率未明確提及但純度達標）、rusalatide（23 肽，收率 17%）等，催化劑經數十次循環使用仍保持良好活性，降低了工藝成本。

副反應對比與機理研究

副反應抑制：與 Fmoc-SPPS 相比，Picoc-SPPS 在抑制副反應方面表現優異。消旋化實驗表明，在多種縮合體系（DIC/Oxyma、EDCI/HOBt 等）中，Picoc 保護的半胱氨酸和組氨酸的 α-碳消旋化水平與 Fmoc 保護的氨基酸相當，無額外消旋化風險；針對含天冬氨酸 - 甘氨酸序列的蝎毒素 II 衍生模型肽 65，Fmoc-SPPS 產生約 8% 的天冬酰胺內酰亞胺衍生物，而 Picoc-SPPS 完全消除了該副反應；對于模型酯肽 66，Fmoc-SPPS 中 DKP 副產物收率達 91%，Picoc-SPPS 中僅為 15%。

機理探索：通過自由基捕獲實驗和 Stern-Volmer 猝滅實驗，提出了合理的反應機理。藍色光照射激發 [Ir3?]（PC2）至激發態 [Ir3?]*， Hantzsch酯 將其還原為 [Ir2?] 并生成自由基陽離子；質子化的 Picoc 中間體被 [Ir2?] 還原后發生均裂，釋放出 Pic 自由基和氨基甲酸酯，氨基甲酸酯分解產生 CO?和游離 N-α- 胺；Pic 自由基經電子轉移 / 質子轉移或氫原子轉移過程被還原為吡啶衍生物。

本文提出了一種基于 N-Picoc 保護基的光催化脫保護肽合成策略。Picoc 保護氨基酸易于合成、化學性質穩定且水溶性增強，是水相兼容肽合成的理想選擇。Picoc-SPPS 平臺克服了傳統方法的主要缺點，即依賴苛刻試劑以及易產生天冬酰胺內酰亞胺、二酮哌嗪形成等有害副反應。在可回收樹脂固定化銥光催化劑的進一步助力下，該方法能夠高保真地組裝復雜生物活性肽，為當前的 SPPS 方法學提供了一種可持續的替代方案。

參考資料： Sustainable Peptide Synthesis by Photoredox-Catalyzed Picoc-SPPS； Xiao Sun,∥ Farong Ye,*,∥ Dianchao Hu, and Ping Wang*；J. Am. Chem. Soc.2025, 147, 48244–48253；

https://doi.org/10.1021/jacs.5c17715