南京肽业说氨基酸:   从肽键的认识到保护基思想的萌芽

摘要

任何伟大的技术革命都非凭空而来，其思想的种子往往深埋于数十年前的基础探索之中。多肽合成中“保护基”这一核心策略的诞生，亦非一蹴而就。本文旨在追溯二十世纪上半叶的关键历史脉络，重现从肽键的实证与定名，到首批多肽的艰难合成，最终导向 “保护基”思想破土而出的完整思想历程。这段历史不仅是知识的积累，更是化学家们如何从失败中抽象出通用解决方案的思维范式演进。

一、序幕：肽键的实证与多肽概念的诞生

在20世纪初，蛋白质被视为生命特有的、神秘而复杂的“胶体”，其精确结构遥不可及。打破这一迷雾的起点，是对其基本连接方式——肽键的确认。

埃米尔·费歇尔的奠基性工作：

在19世纪末20世纪初，德国化学家埃米尔·费歇尔通过一系列精妙的降解与合成研究，率先提出蛋白质是由氨基酸通过“肽键”连接而成的线性聚合物假说。

1901年，他成功合成了第一个由甘氨酸和甘氨酸组成的二肽（甘氨酰甘氨酸），并随后合成了由三个甘氨酸（三肽）和由甘氨酸与亮氨酸组成的二肽。尽管这些早期合成产率极低、方法粗糙（如使用剧毒的酰氯），但它们以无可辩驳的化学事实证明了：氨基酸可以通过酰胺键连接，形成确定的化合物。

费歇尔创造了“肽”和“肽键”这两个术语，并将短链氨基酸聚合物命名为“多肽”，从此为这一领域奠定了语言和概念基础。

二、探索时代：早期多肽合成的困境与摸索

费歇尔之后，化学家们开始尝试合成更长的、包含不同侧链的肽。这是一个“野蛮生长”的探索期，充满了挑战与 ingenuity，但也暴露了根本性瓶颈。

主要的合成方法：

酰氯法：将氨基酸的羧基转化为高活性的酰氯，然后与另一氨基酸的氨基反应。此法虽反应性强，但极易导致严重的消旋，且对许多带侧链的氨基酸不适用。

叠氮物法：将羧基转化为叠氮化物。这在一定程度上减少了消旋，但叠氮化物不稳定，有爆炸风险，且仍无法解决选择性问题。

核心困境——缺乏选择性：

无论使用何种活化方法，化学家们面对一个无解的难题：一个典型的氨基酸（如谷氨酸）同时拥有α-氨基、α-羧基和侧链羧基。在反应条件下，这些官能团活性相似，会导致复杂的混合物，包括环化产物、错误连接的肽链等。合成一个三肽已是巨大成就，合成更长的、序列确定的肽链几乎是不可能的任务。这清晰地表明，没有对官能团进行差异化控制的手段，多肽合成将永远停留在简单的模型阶段。

三、破晓：保护基思想的萌芽与确立

解决选择性问题的智慧火花，最终在两位先驱者的工作中迸发出来。他们的贡献标志着多肽合成从“技艺”走向“科学”的关键转折。

马克斯·伯格曼的贡献：

作为费歇尔的学生和继承者，马克斯·伯格曼在1930年代系统性地推进了多肽化学。他深刻地认识到选择性问题的核心。

保护基的提出：伯格曼和他的同事清晰地阐述了“保护基”的概念。他们指出，为了进行定向合成，必须将不需要反应的官能团暂时性地、可逆地“屏蔽”或“保护”起来，只留下需要反应的位点。这成为所有后续工作的核心哲学。

早期实践：他们尝试使用苄氧羰基作为氨基保护基（虽然当时尚未发展出高效的脱除方法），并探索了酯化保护羧基的方法。这些实践为后来的Z-基和苄酯保护基族谱开启了先河。

齐亚的叠氮物法与苯酯保护：

几乎在同一时期，另一位化学家特奥多尔·齐亚发展出了更实用的合成策略。

苯酯保护羧基：齐亚引入苯酯作为羧基的保护形式。氨基酸的羧基首先转化为苯酯，使其在后续步骤中稳定。当需要连接时，苯酯可以通过氨解或肼解，温和地释放出羧基并转化为下一步所需的活性形式（如叠氮化物）。

叠氮物偶联：齐亚完善了叠氮物法，使其成为一种相对可靠的偶联方法。他的工作提供了第一个较为系统的、结合了初步保护思想的合成流程。

文森特·迪维尼奥的里程碑：

催产素合成：

在这场合成中，迪维尼奥综合运用了当时最先进的技术：他使用苄氧羰基保护氨基（Z-Cl引入），使用苯酯保护羧基，并采用叠氮物法进行偶联。更重要的是，他需要处理半胱氨酸侧链，为此他使用了苄基来保护巯基。

催产素的成功合成不仅是多肽化学的里程碑，更是“保护基策略”的第一次完整而辉煌的实战演示。它向世界证明，通过精心的官能团保护设计，化学家可以像搭积木一样，用化学方法构建出复杂的生命分子。迪维尼奥也因此荣获1955年诺贝尔化学奖。

理论的最终胜利需要实践的加冕。1953年，文森特·迪维尼奥团队首次合成了具有生物活性的多肽激素——九肽“催产素”。

四、历史意义：承前启后的思想基石

从费歇尔到迪维尼奥的这半个世纪，是多肽合成思想的“古典时期”。其历史意义在于：

1. 确立了根本问题：明确了多肽合成中的核心矛盾是官能团的选择性控制。

2. 提出了核心方案：孕育并确立了 “保护基” 这一解决选择性问题的根本性哲学。

3. 提供了初步工具箱：开发了Z-基、苄酯、苄基等第一批实用保护基，它们构成了后来Boc、Fmoc策略的“祖先”。

4. 完成了概念验证：通过催产素等活性肽的合成，证明了化学合成路线能够创造生命物质，极大地鼓舞了后续研究的信心。

这一时期的工作，为即将到来的罗伯特·布鲁斯·梅里菲尔德的“固相合成”革命（1960年代）和Boc/Fmoc策略的完善，铺平了所有理论和实践上的道路。保护基思想，这颗在探索泥沼中萌芽的种子，已然准备好破土而出，生长为参天大树。