介紹

2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯（簡稱Pbf-Cl），分子內(nèi)帶有高反應活性的磺酰氯官能團，可與氨基發(fā)生高效磺酰化反應，其五元二氫苯并呋喃母核與多甲基取代結(jié)構(gòu)大幅提升了芳環(huán)電子云密度，使對應生成的磺酰胺鍵對三氟乙酸（TFA）具有高度特異性酸敏感性，它是多肽合成領(lǐng)域的核心專用試劑，主要作為Fmoc固相多肽合成策略中精氨酸側(cè)鏈胍基的保護基前體。

圖一 2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯

Pbf-Cl發(fā)展史

在2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯出現(xiàn)之前，精氨酸胍基的保護基已歷經(jīng)多輪迭代，但始終存在難以調(diào)和的缺陷。最早應用的對甲苯磺酰基（Tos），需要劇毒的無水氟化氫在高溫條件下才能脫除，反應條件苛刻，與絕大多數(shù)氨基酸側(cè)鏈保護基兼容性極差，極易造成肽鏈降解。隨后開發(fā)的4-甲氧基-2,3,6-三甲基苯磺?；∕tr），首次實現(xiàn)了三氟乙酸（TFA）常溫脫除，但其脫保護速率極慢，需要高濃度TFA、數(shù)小時的長時間反應，極易產(chǎn)生脫保護不完全的副產(chǎn)物，完全無法適配長鏈多肽、精氨酸富集肽段的合成。

1987年，Ramage團隊開發(fā)的2,2,5,7,8-五甲基色滿-6-磺?；≒mc）（2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯的前身），將Mtr的烷氧基改造為六元環(huán)色滿醚結(jié)構(gòu)，通過環(huán)化結(jié)構(gòu)增強了芳環(huán)的給電子能力，大幅提升了磺酰胺鍵的TFA敏感性，成為當時精氨酸保護的主流選擇。但Pmc保護基仍存在明顯短板：其脫保護速率仍無法滿足復雜多肽的合成需求，在α-氨基保護場景中，甚至無法在純TFA室溫條件下實現(xiàn)有效脫除，必須加入二甲硫醚、苯甲硫醚等清除劑，而這類試劑會不可逆地破壞芐基類保護基，嚴重限制了合成體系的兼容性。

1950年代研究證實苯并稠合的五元環(huán)醚（二氫苯并呋喃）的給電子能力，顯著強于六元環(huán)類似物（色滿）。而芳環(huán)磺酰胺鍵的酸解敏感性，與芳環(huán)的電子云密度直接正相關(guān)，給電子能力越強，磺酰胺鍵越容易在酸性條件下發(fā)生特異性斷裂。將Pmc的六元色滿環(huán)替換為五元二氫苯并呋喃環(huán)，同時保留了多甲基取代的結(jié)構(gòu)特征，設計并合成了2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯這一全新的磺酰化試劑，遠超Pmc的綜合性能。

Pbf-Cl的合成

2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯的合成路線簡潔高效，核心分為兩步關(guān)鍵反應：首先合成關(guān)鍵前體2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃；隨后對該前體進行定向氯磺化反應，最終以51%的分離收率得到目標產(chǎn)物Pbf-Cl，合成過程可重復性強，具備規(guī)模化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。二氫苯并呋喃的五元環(huán)剛性更強，氧原子的孤對電子能更有效地與苯環(huán)發(fā)生p-π共軛，大幅提升芳環(huán)的電子云密度，從而顯著增強磺酰胺鍵的酸解敏感性，實現(xiàn)更溫和、更快速的脫保護。苯環(huán)2、4、6、7位的甲基取代，不僅通過超共軛效應進一步提升了芳環(huán)電子云密度，還提供了顯著的空間位阻，有效避免了多肽合成過程中胍基的副反應，同時減少了對肽鏈其他活性位點的影響，提升了保護基的化學穩(wěn)定性。

圖二 Pbf-Cl的合成

Pbf保護基的優(yōu)勢

2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯具有優(yōu)異的反應選擇性，能高效地與精氨酸的胍基發(fā)生磺?；磻?，生成穩(wěn)定的Fmoc-Arg(Pbf)-OH單體。該單體在Fmoc脫除的堿性條件（哌啶/DBU）、肽鏈縮合的弱堿性條件下均能保持完全穩(wěn)定，僅在強酸性條件下發(fā)生磺酰胺鍵的特異性斷裂，適合Fmoc/t-Bu固相多肽合成的正交保護。

脫保護快速

在TFA/水體系中，無論是95/5還是80/20的常用脫保護比例，在室溫至37℃的反應溫度范圍內(nèi)，2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯的Pbf保護基的脫除速率均為Pmc的1.2-1.4倍。在氘代TFA中37℃條件下，Z-Arg(Pbf)-OH可在15分鐘內(nèi)實現(xiàn)完全脫保護。模型7肽H-Gly-Arg-Ala-Asp-Ser-Pro-Lys-NH2的脫保護實驗顯示，Pbf保護基的脫除半衰期僅為8分鐘，大幅縮短了脫保護所需的反應時間，減少了肽鏈在強酸性條件下的降解與副反應風險。

高選擇性

其次是更低的副反應風險與更高的粗肽純度。使用行業(yè)通用的ReagentR進行脫保護時，反應20-30分鐘后，Pmc組仍存在大量未完全脫保護的肽段與副產(chǎn)物，而Pbf組的脫保護反應已基本完成，粗肽中目標產(chǎn)物的占比顯著更高。即便是17個氨基酸的長鏈活性多肽，使用Pbf保護的精氨酸單體合成后，經(jīng)2小時脫保護得到的粗肽仍展現(xiàn)出極高的純度，HPLC圖譜中目標峰峰形尖銳，雜峰極少。

體系廣泛性 

同時，2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯的Pbf保護基具備優(yōu)異的體系兼容性。其脫保護反應無需苛刻的添加劑，不會對色氨酸的Boc保護基、其他氨基酸的t-Bu類保護基造成破壞，也完全避免了傳統(tǒng)芳基磺?；Ｗo基易引發(fā)的色氨酸磺化副反應，適配了絕大多數(shù)天然與非天然氨基酸的保護策略，可廣泛應用于各類活性多肽的合成。

目前全球獲批的數(shù)十種多肽藥物中，絕大多數(shù)含精氨酸的多肽藥物均采用2,2,4,6,7-五甲基二氫苯并呋喃-5-磺酰氯的Pbf作為精氨酸側(cè)鏈的保護基。其穩(wěn)定的合成表現(xiàn)、可控的脫保護工藝、極低的副反應風險[1]。

參考文獻

[1]Carpino LA et al. The 2,2,4,6,7-pentamethyldihydrobenzofuran-5-sulfonyl group (Pbf) as arginine side chain protectant. [J]. Tetrahedron Letters. 1993;34(49):7829–7832.