南京肽业YM说多肽

树脂：固相载体全解析——

从Wang、Rink到PAL树脂的连接化学与选择逻辑

摘要

在固相多肽合成中，树脂不仅是物理载体，更是整个合成的化学锚点与程序终点控制器。它通过一个精心设计的连接键，共价结合第一个氨基酸，并最终决定目标多肽C端的化学形式（游离酸、酰胺、醇等）。本文旨在深入解析主流树脂（Wang, Rink Amide, PAL, 2-氯三苯甲基氯）的连接化学机理、酸敏感性差异、载量影响及其选择逻辑，从而为您在合成设计的第一步就奠定成功的基础。

一、树脂的核心构成与功能

一个典型的SPPS树脂包含三个部分：

1. 固相基质：通常是聚苯乙烯-二乙烯基苯交联的微球，提供不溶的物理支撑和溶剂溶胀空间。

2. 连接臂：一段灵活的化学链（如烷基链），将反应位点从树脂骨架延伸出来，减少空间位阻。

3. 连接键：这是最核心的化学部分，是与第一个氨基酸羧基形成共价键，并在合成结束时被特定条件断裂的官能团。连接键的性质直接决定了：

   • 装载方法：如何将第一个氨基酸连接到树脂上。

   • 合成中的稳定性：必须耐受所有循环中的化学条件（哌啶、偶联试剂等）。

   • 最终切割机制：决定了多肽以何种形式（酸、酰胺等）被释放。

二、主流树脂类型详解

1. Wang树脂（用于合成C端游离羧酸）

• 连接键：对烷氧基苄醇。其结构特征是对位有一个给电子的烷氧基（通常是羟基，故称Wang树脂），这使得苄位碳-O键在酸中的稳定性弱于普通的苄醇酯。

• 装载：第一个氨基酸的羧基在DIC等偶联试剂作用下，与树脂的羟基形成酯键。

• 切割机制：使用TFA。TFA进攻酯键的羰基氧，质子化后，由于对位羟基的给电子共轭效应，极大稳定了形成的苄基碳正离子中间体，从而在中等酸度（通常95% TFA）下即可高效断裂，释放出C端为游离羧酸的多肽。

• 特点：经济、通用，是合成C端酸的首选。但其酸敏感性意味着在合成中需避免接触强酸试剂。

2. Rink Amide树脂（用于合成C端伯酰胺）

• 连接键：4-[(2,4-二甲氧基苯基)(Fmoc-氨基)甲基]苯氧基连接臂。这是一个精妙的设计，树脂本身带有一个被Fmoc保护的连接点氨基。

• 装载：

  • 第一步：用哌啶脱除树脂上的Fmoc保护基，暴露出连接臂末端的伯氨基。

  • 第二步：将第一个Fmoc-氨基酸的羧基活化，与该伯氨基偶联，形成酰胺键。因此，多肽链是通过一个稳定的酰胺键连接到树脂上。

• 切割机制：同样使用TFA。TFA进攻并断裂2,4-二甲氧基苄基与酰胺氮之间的键，生成稳定的二甲氧基苄基碳正离子，从而将多肽以C端伯酰胺的形式释放出来。Fmoc保护的Rink树脂非常稳定，易于储存和称量。

• 特点：是合成C端酰胺的黄金标准。许多生物活性肽（如神经肽、激素）的C端以酰胺形式存在，以增强稳定性和活性，Rink树脂为此提供了完美解决方案。

3. PAL树脂（用于合成C端酰胺，对强酸更稳定）

• 连接键：5-(4-氨基甲基-3,5-二甲氧基苯氧基)戊酸骨架。可视为Rink树脂的升级版，其连接键的酸敏感性略低于Rink树脂。

• 切割机制：需要稍强的酸条件或更长的切割时间，但仍可在标准TFA cocktail中完成。其释放的多肽同样为C端伯酰胺。

• 特点：相比Rink树脂，在合成过程中（特别是处理“困难序列”可能使用的强酸添加剂或苛刻条件时）稳定性更佳，能提供更高的最终产物纯度，尤其适用于长肽或复杂肽的合成。

4. 2-氯三苯甲基氯树脂（用于合成C端游离羧酸，装载率极高）

• 连接键：三苯甲基氯。这是一个高活性的连接基团。

• 装载：在弱碱（如DIEA）存在下，第一个氨基酸的羧基负离子直接亲核取代氯原子，形成三苯甲基酯。此反应几乎定量进行，且无消旋风险。

• 切割机制：三苯甲基酯对酸极其敏感，可使用非常温和的酸性条件（如0.5-1% TFA/DCM，甚至稀乙酸）进行切割，释放出C端为游离羧酸的多肽。

• 特点：

  • 超温和切割：这是其最大优势，允许对含有对强酸极端敏感的修饰（如复杂的糖基化、磷酸化）的多肽进行切割。

  • 高且可定制的载量：装载效率接近理论值。

  • 缺点：树脂本身对湿气敏感，需在惰性气氛下操作和储存；切割条件过于温和，有时无法有效脱除某些侧链保护基（如tBu），需分步切割。

三、关键参数：载量的选择艺术

树脂载量指每克树脂所能连接氨基酸的最大毫摩尔数（mmol/g），通常为0.1至1.0 mmol/g。

• 高载量树脂：如0.7-1.0 mmol/g。优点是在小规模合成时能用更少的树脂获得更多的产物。但缺点显著：高密度下，肽链间空间拥挤，易导致链间聚集、偶联效率下降，是“困难序列”的主要成因之一。

• 低载量树脂：如0.1-0.3 mmol/g。这是现代合成，尤其是长肽或困难序列合成的主流甚至强制选择。它大幅降低了肽链间的相互作用，显著改善溶剂可及性和偶联效率，是提高粗肽纯度的最有效手段之一。

• 选择原则：对于常规短肽，可选择0.4-0.6 mmol/g。对于超过20个残基的长肽或富含Val, Ile, Tyr等易聚集氨基酸的序列，强烈建议使用0.1-0.25 mmol/g的低载量树脂。

四、树脂选择决策流程

1. 溶胀：使用前必须

2. 用DCM或DMF充分溶胀树脂（至少15-30分钟），以打开内部通道。

3. 装载验证：对于需预先装载的树脂（如Wang），或使用2-氯三苯甲基氯树脂后，建议用茚三酮测试或光谱法定量测定实际装载率，以精确计算后续氨基酸投料量。

4. 储存：树脂应干燥、避光、低温保存。对于敏感树脂（如2-氯三苯甲基氯），需在惰性气体保护下储存。

结论

树脂的选择，是多肽合成中一项兼具化学理性与艺术直觉的决策。它不仅定义了合成的起点与终点，更通过其载量和稳定性，深刻影响着整个链延伸过程的顺利与否。理解从Wang树脂的经典酸解，到Rink/PAL树脂的分子内亲核辅助断裂，再到2-氯三苯甲基氯树脂的超温和切割这一系列化学图景，意味着您能够为任何结构目标（从简单的线性酸到复杂的修饰酰胺）匹配最合适的“分子锚桩”，从而在构建复杂多肽大厦时，确保地基的稳固与出口的精准。

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