N-苄氧羰基-L-异亮氨酸(双环己基)铵如何用于肽合成？

N-苄氧羰基-L-异亮氨酸(双环己基)铵（CAS: 26699-00-3），简称Z-Ile-OH的双环己基铵盐，是一种广泛用于有机合成领域的保护氨基酸衍生物。该化合物由L-异亮氨酸（L-Ile）的α-氨基通过苄氧羰基（Z或Cbz）保护而成，其羧基形成双环己基铵盐。这种盐形式提高了化合物的水溶性和稳定性，便于在实验室操作中储存和使用。在肽化学中，它作为关键构建块，主要应用于固相肽合成（SPPS）和溶液相肽合成，帮助构建复杂多肽链。

从化学结构来看，Z保护基（-COOCH₂C₆H₅）是一种经典的氨基保护策略，它通过碳酰基与氨基形成稳定的氨基甲酰酯键，能够有效阻断氨基在偶联反应中的副反应。同时，双环己基铵盐（dicyclohexylammonium, DCA）部分源于偶联剂Dicyclohexylcarbodiimide (DCC)的副产物，这种离子对形式增强了化合物的极性，提高了在极性溶剂中的溶解度，而不影响其在合成中的活性。

肽合成中的作用机制

在肽合成中，N-苄氧羰基-L-异亮氨酸(双环己基)铵的主要功能是提供一个预保护的异亮氨酸单元，用于序列特异性的多肽链延长。肽合成的核心是氨基酸的逐步偶联：将保护的羧基与另一个氨基酸的游离氨基连接，形成肽键，同时避免其他官能团的干扰。Z保护基确保了L-异亮氨酸的氨基在反应过程中保持惰性，直至后续脱保护步骤。

具体而言，这种化合物常用于Merrifield固相肽合成法或经典溶液相合成。异亮氨酸（Ile）是一种非极性、支链氨基酸，其侧链为-CH(CH₃)CH₂CH₃，在肽链中常引入空间位阻，可能影响二级结构形成。因此，使用Z-Ile-OH DCA盐可以精确控制其插入位置，避免异构化或消旋化风险。

激活与偶联过程

在实际合成中，首先需将Z-Ile-OH DCA盐转化为游离酸形式。通过在碱性条件下（如用三乙胺或碳酸氢钠处理）去除双环己基铵离子，得到Z-Ile-OH。然后，进行羧基激活，这是肽合成中的关键步骤。

DCC/HOBt激活法：最常见的方案是将Z-Ile-OH与DCC（N,N'-二环己基碳二亚胺）在二氯甲烷（DCM）或DMF中反应，生成O-酰基脲中间体。同时添加HOBt（1-羟基苯并三唑）作为添加剂，防止消旋化并提高反应效率。该激活产物（Z-Ile-OBt）然后与下游氨基酸的游离氨基（如Boc-或Fmoc-保护的氨基酸）偶联，形成二肽Z-Ile-AA-OH。反应温度通常控制在0-25°C，时间1-4小时，产率可达90%以上。

固相合成中的应用：在SPPS中，树脂负载的肽链（如Wang树脂上的C-端片段）经TFA裂解侧链保护后，其N-端氨基暴露。Z-Ile-OH DCA盐经激活后，通过DCC/HOBt或EDC/HOAt体系偶联到树脂上。双环己基铵盐的优点在于它在DMF中的高溶解度，便于均匀分布于反应柱中，避免局部过浓导致的副产物。

脱保护步骤使用氢化反应：Z基团在Pd/C催化下，以H₂或转移氢化剂（如甲酸铵）在乙醇或乙酸乙酯中去除，生成游离氨基肽。该过程选择性强，不影响肽键或其他保护基。

优势与注意事项

使用N-苄氧羰基-L-异亮氨酸(双环己基)铵的优势在于其兼容性强，适用于手动或自动化合成仪（如CS Bio或ABI合成器）。双环己基铵盐形式减少了游离酸的潮解问题，提高了储存稳定性（可在4°C下保存数月）。此外，在含有Ile的序列中，如富含β-转角的多肽，它有助于维持手性纯度，因为Z保护基对碱性条件稳定。

然而，从专业角度需注意潜在问题：Ile的支链结构可能导致偶联不完全，特别是在连续Ile序列中。建议监测反应通过Kaiser测试（氨基检测）或HPLC分析。避免高温以防Z基迁移或DCC副产物（如DCU）积累，可通过过滤或萃取去除。

在规模化合成中，该化合物常与其他保护策略结合，如与Fmoc/tBu正交保护系统互补，用于半合成蛋白质修饰。

实际案例与扩展应用

例如，在合成血管紧张素II（Ang II）类似物时，Z-Ile-OH DCA盐用于引入Ile5位置：先将Z-Ile激活后偶联到H-Val-Tyr-OH上，形成Z-Ile-Val-Tyr-OH三肽，随后逐步延长链。该方法产率高，纯度可达95%以上。

此外，在药物发现领域，该化合物用于构建抗菌肽或酶抑制剂，如含有Ile残基的cyclic peptides。通过点击化学或酶促方法扩展，其Z保护形式确保了高效纯化。

总之，N-苄氧羰基-L-异亮氨酸(双环己基)铵是肽合成中的可靠工具，其盐形式优化了操作便利性，推动了从实验室到工业的肽生产进步。专业化学家应根据具体序列优化条件，以实现高效、立体选择性的合成。