【JACS】新型光照脱保护氨基酸保护基Picoc！开创新型固肽合成平台！

肽类治疗药物是一类重要的药物，因其高靶向特异性和良好的安全性而备受青睐。然而，传统的肽合成依赖于 Boc 或 Fmoc 保护基（如 Boc/Fmoc），其脱保护过程需使用腐蚀性的三氟乙酸（TFA）或受监管的哌啶。这些试剂不仅带来环境和安全问题，还会引发天冬酰胺内酰亚胺、二酮哌嗪形成等副反应。因此，开发能够实现温和、选择性脱保护的新型保护基迫在眉睫。【】

近期，上海交通大学王平团队报道了一种亲水性N-吡啶甲氧羰基（ N -Picoc ）氨基酸保护基的可见光光氧化还原催化脱保护方法。该策略无需使用 TFA 和哌啶，且能在温和、环境友好的条件下高效进行。Picoc 固相肽合成（Picoc-SPPS）可抑制常见副反应，与水、γ- 戊内酯等绿色溶剂兼容，还能在水相体系中进行。此外，将光催化剂固定在树脂上可实现高效的催化剂回收，进一步提高了可持续性。本研究表明，Picoc-SPPS 是传统 SPPS 的一种多功能、可规模化且环境可持续的替代方法，在科研和药物生产领域均具有巨大潜力。【

J. Am. Chem. Soc.

Picoc保护基及相关氨基酸合成

以商业可得的侧链保护氨基酸与 Picoc 羰基咪唑试剂反应，成功合成了 20 种标准氨基酸的 Picoc 保护衍生物（收率最高达 91%），还制备了非天然氨基酸及假脯氨酸二肽的 Picoc 保护产物。这类保护氨基酸化学稳定性优异，N-α-Picoc-L-缬氨酸在 DMF 中室温放置 28 天 ¹H NMR 谱无变化，且亲水性显著提升，为肽合成提供了优质构建模块。

光氧化还原催化Picoc脱保护条件优化

溶液相脱保护：以 Picoc-L-Trp (Boc)-OH 为模型底物，优化出多种有效体系。如使用 Ru (bpy)₃Cl₂（1.5 mol%）作为光催化剂、抗坏血酸（5.0 当量）作为还原剂，在 PBS/MeOH（1/1, v/v, pH 5.0）中，经 10 W 家用紧凑型荧光灯（CFL）照射 20 分钟，可定量脱保护；40 W 蓝色 LED（450 nm）照射也能获得相当结果，且该体系在 MeCN、DMF、THF 等多种溶剂中均有效。此外，fac-Ir (ppy)₃、4CzIPN 等光催化剂也表现出一定活性，其中 fac-Ir (ppy)₃在 THF/PBS（4/1, v/v）中经蓝色 LED 照射效果良好，而曙红 Y 因氧化还原电位不足未达到有效脱保护效果。该方法已成功应用于克级规模制备 Aβ 聚集抑制五肽 LPYFD。

树脂相脱保护：针对 Wang 树脂负载的亮氨酸脑啡肽，筛选出最优条件：以 fac-Ir (ppy)₃（5 mol%）为光催化剂，甲酸（20.0 当量）和Hantzsch酯（6.0 当量）为辅助试剂，在 DMF/H₂O（9/1, v/v）中，35℃下经 40 W 蓝色 LED 照射 30 分钟，实现定量脱保护（收率 100%）。该体系对 THF、γ- 戊内酯等多种溶剂兼容，尤其对环境友好型溶剂表现出良好适用性，且对氧气耐受性强，适合实际 SPPS 应用场景。 Hantzsch酯 作为关键氢供体，甲酸的质子化作用及水的存在对脱保护效率至关重要，减少或省略这些组分将导致收率显著下降（如 Hantzsch酯 降至 3.0 当量时收率 76%，无 Hantzsch酯 时收率 0；甲酸降至 10.0 当量时收率 75%；无水条件下收率 91%）。

Picoc-SPPS平台常规固相肽合成

Wang树脂和Rink Amide-AM 树脂与该方法完全兼容，而酸敏感的 2CTC 树脂不兼容。采用 4.0 当量 Picoc 保护氨基酸，经 DIC（5.0 当量）和 Oxyma（4.0 当量）活化后在 DMF 中 50℃ 缩合 60 分钟，再经优化的光氧化还原脱保护条件处理，最后用 TFA 混合物（TFA / 苯酚 / H₂O/TIPS=88/5/5/2, v/v/v/v）进行树脂裂解和全局脱保护，成功合成了多种肽类（32-41），收率在 19%-56% 之间。通过引入 Picoc 保护的假脯氨酸二肽，实现了超过 30 个残基的复杂肽合成，如艾塞那肽（收率 19%）和鲑鱼降钙素（收率 25%）。

Picoc-SPPS平台 水相固相肽合成

利用 Picoc 基团的亲水性，以水可溶胀的 TentaGel 树脂为载体，采用 COMU/2,6 - 二甲基吡啶作为缩合体系，在含 2% 曲拉通 X-100 的 30% aqueous THF 中进行 缩 合反应，随后在 THF/H₂O（2/1, v/v）中经光催化脱保护，高效合成了肽类 42-45，拓展了该平台的适用性。

光催化剂固定化

将羧酸功能化的光催化剂共价连接到树脂上，实现催化剂的回收再利用。该固定化体系成功合成了 12 种生物活性肽（42, 46-56），如亮氨酸脑啡肽酰胺（500 mg 树脂规模合成，收率 43%）、gersizangitide（20 肽，收率未明确提及但纯度达标）、rusalatide（23 肽，收率 17%）等，催化剂经数十次循环使用仍保持良好活性，降低了工艺成本。

副反应对比与机理研究

副反应抑制：与 Fmoc-SPPS 相比，Picoc-SPPS 在抑制副反应方面表现优异。消旋化实验表明，在多种缩合体系（DIC/Oxyma、EDCI/HOBt 等）中，Picoc 保护的半胱氨酸和组氨酸的 α-碳消旋化水平与 Fmoc 保护的氨基酸相当，无额外消旋化风险；针对含天冬氨酸 - 甘氨酸序列的蝎毒素 II 衍生模型肽 65，Fmoc-SPPS 产生约 8% 的天冬酰胺内酰亚胺衍生物，而 Picoc-SPPS 完全消除了该副反应；对于模型酯肽 66，Fmoc-SPPS 中 DKP 副产物收率达 91%，Picoc-SPPS 中仅为 15%。

机理探索：通过自由基捕获实验和 Stern-Volmer 猝灭实验，提出了合理的反应机理。蓝色光照射激发 [Ir³⁺]（PC2）至激发态 [Ir³⁺]*， Hantzsch酯 将其还原为 [Ir²⁺] 并生成自由基阳离子；质子化的 Picoc 中间体被 [Ir²⁺] 还原后发生均裂，释放出 Pic 自由基和氨基甲酸酯，氨基甲酸酯分解产生 CO₂和游离

N

本文提出了一种基于 N-Picoc 保护基的光催化脱保护肽合成策略。Picoc 保护氨基酸易于合成、化学性质稳定且水溶性增强，是水相兼容肽合成的理想选择。Picoc-SPPS 平台克服了传统方法的主要缺点，即依赖苛刻试剂以及易产生天冬酰胺内酰亚胺、二酮哌嗪形成等有害副反应。在可回收树脂固定化铱光催化剂的进一步助力下，该方法能够高保真地组装复杂生物活性肽，为当前的 SPPS 方法学提供了一种可持续的替代方案。

参考资料： Sustainable Peptide Synthesis by Photoredox-Catalyzed Picoc-SPPS； Xiao Sun,∥ Farong Ye,*,∥ Dianchao Hu, and Ping Wang*；

J. Am. Chem. Soc.

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