一种在温和的生物兼容条件下进行二硫键可逆交换的方法与流程

本发明涉及有机化学领域，尤其是涉及一种在温和、可逆、且生物兼容的条件下进行二硫键交换的方法，适用于药物开发、化学生物学以及动态共价化学领域。

背景技术：

1、在药物开发、化学生物学和动态组合化学领域中，可在生物兼容条件下干净、可逆地运行的复分解反应具有显著优势。其可逆性在自修复、循环利用或适应性要求高的系统中尤为宝贵，而生物兼容性使其能在生物医学领域中得到应用。传统的烯烃复分解和开环复分解聚合方法通常需要苛刻的反应条件，或使用在生物环境中具有潜在毒性的过渡金属催化剂，限制了这些方法在实际应用中的多样性。此外，这些方法还常伴有副反应，难以达到清洁的反应过程。

2、二硫键复分解是自然界中复分解反应的典型实例。由于二硫键的脆弱性，该键易于被断裂，反应平衡后会生成多种二硫化物的混合物。在药物化学和动态共价化学(dcc)研究中，二硫键复分解已被广泛探索，通常通过生成硫醇自由基或硫醇负离子等短暂中间体来促进二硫键交换反应。现有的技术方法包括紫外辐照、碘、膦化合物、三乙基膦酰胺、n-碘代丁二酰亚胺、过渡金属、电化学方法以及超声波等。然而，这些方法往往存在各种缺陷，如苛刻的反应条件、生物兼容性差、催化剂易被氧化、纯化非对称二硫化物困难以及难以实现干净的可逆性。此外，对于一些应用场景来说，反应需在水中、常温和中性ph下进行，这对反应过程的控制提出了更高的挑战。

技术实现思路

1、本发明提供了一种在温和的生物兼容条件下进行二硫键可逆交换的方法，通过自由基介导的双向控制的二硫键交换的方法，使用羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯(htib)作为自由基引发剂，实现了在生物兼容条件下的干净、可逆的二硫键交换。通过调整二硫化物的添加量以及移除低沸点的二甲基二硫化物，能够有效控制反应的正反向进程。本发明能够适应多种底物，并具有生物相容性，适用于蛋白质修饰、糖分子连接及药物分子结合等领域。

2、本发明的一个重要特征是其双向反应机制，特别是逆反应的设计。该逆反应通过移除反应生成的低沸点二甲基二硫化物或其他低沸点二硫化物，实现了非对称二硫化物重新转化为对称二硫化物，从而达到可控的可逆反应。这一特性在动态共价化学和可再生材料的应用中具有重要意义。

3、为了解决本发明的技术问题，提出的技术方案为：一种在温和的生物兼容条件下进行二硫键可逆交换的方法，其特征在于，使用羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯(htib)作为自由基引发剂，通过控制反应中二硫化物原料的浓度和减压蒸馏低沸点二硫化物，实现对二硫键交换反应的精确控制，如反应式1和反应式2所示：

4、反应式1：

5、反应式2：

6、反应式1中，r的定义：r为链状烷基、环状烷基、苯基、取代的苯基、杂环芳基、取代的杂环芳基中的任意一种或者含有半胱氨酸衍生物、谷胱甘肽衍生物、糖类衍生物、卡托普利衍生物、硫胺素衍生物中的任意一种；

7、反应式1中，r1的定义：r1为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、正戊基，二异戊基中的任意一种；

8、反应式2中，化学式iv的定义：脂肪烃环状二硫醚及其衍生物、含有二硫键的环肽类化合物及其衍生物中的任意一种；

9、反应式2中，r2的定义：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、正戊基，二异戊基中的任意一种或者含有半胱氨酸衍生物、谷胱甘肽衍生物、糖类衍生物、卡托普利衍生物、硫胺素衍生物中的任意一种；

10、反应式2中，r3的定义：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、正戊基，二异戊基中的任意一种或者含有半胱氨酸衍生物、谷胱甘肽衍生物、糖类衍生物、卡托普利衍生物、硫胺素衍生物中的任意一种；

11、具体制备步骤如下：

12、(1)根据反应式1，在反应装置中加入二硫化物(ⅰ)，过量的烷基二硫醚化合物(ⅱ)和催化量的羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯(htib)，加入适量水相溶剂，维持反应温度在20℃以上，搅拌反应。反应完成后，对反应混合物进行分离纯化，得非对称二硫醚化合物(ⅲ)；根据反应式2，在反应装置中加入环状二硫化物(ⅰv)，过量的二硫醚化合物(v)和催化量的羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯(htib)，加入适量水相溶剂，维持反应温度在20℃以上，搅拌反应。反应完成后，对反应混合物进行分离纯化，得非对称双二硫醚化合物(vi)。

13、(2)根据反应式1和反应式2，逆反应通过减压蒸馏移除生成的低沸点二硫醚化合物来驱动：在反应装置中，加入二硫醚化合物(ⅲ)或(vi)；加入催化量的羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯(htib)；加入水相溶剂；通过边搅拌边减压蒸馏操作，移除生成的低沸点二硫醚化合物(ⅱ)或(v)；反应完成后，对反应混合物进行分离纯化，得二硫醚类化合物(ⅰ)或(iv)。

14、优选的，上式(i)中，为以下对称二硫化合物中任意一种：

15、

16、优选的，上式(ii)中，为甲基二硫醚化合物；

17、优选的，上式(iii)中，为以下二硫醚化合物中任意一种：

18、

19、具体制备步骤如下：

20、(1)根据反应式1，在反应装置中加入二硫醚化合物(ⅰ)，过量的甲基二硫醚化合物(ⅱ)和催化量的羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯(htib)，加入适量水相溶剂，维持反应温度在20℃以上，搅拌反应。反应完成后，对反应混合物进行分离纯化，得非对称二硫醚化合物(ⅲ)；

21、(2)根据反应式1，逆反应通过减压蒸馏移除生成的低沸点甲基二硫醚化合物来驱动：在反应装置中，加入二硫醚化合物(ⅲ)；加入催化量的羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯(htib)；加入水相溶剂；通过边搅拌边减压蒸馏操作，移除生成的低沸点二硫醚化合物(ⅱ)；反应完成后，对反应混合物进行分离纯化，得二硫醚类化合物(ⅰ)。优选的，根据权利要求1所述的在温和生物兼容条件下进行双向二硫键交换的方法，其特征在于，该方法包括正反向控制，逆反应通过移除生成的低沸点二硫醚化合物(ⅱ)，能够将非对称二硫化物转化回对称二硫化物。

22、优选的，根据权利要求1所述在温和的生物兼容条件下进行二硫键可逆交换的方法，其特征在于但不限于以下环肽类化合物的可逆交换：

23、

24、具体制备步骤如下：

25、在反应管中，将羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯(htib，0.1-1.0equiv.)、甲基二硫醚化合物(10-100equiv.)和肽(1.0equiv.)依次加入至ph 6-8的缓冲液中，在室温下搅拌反应；lcms检测反应，反应完成后，分离纯化得到的偶联产物。优选的，根据权利要求1所述的在温和的生物兼容条件下进行二硫键可逆交换的方法，其特征在于但不限于胰岛素二硫键的化学修饰。

26、在反应管中，将羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯(htib，0.1-1.0equiv.)、甲基二硫醚化合物(10-100equiv.)和人胰岛素(1.0equiv.)依次加入至ph 6-8的缓冲液中，在室温下搅拌反应；lcms检测反应，反应完成后，分离纯化得到的偶联产物。

27、本发明具有以下有益效果：

28、(1)生物兼容性强：本方法在温和的水溶液环境下运行，适用于中性ph和常温条件，避免了传统复分解反应中对生物不兼容的苛刻条件，使其在生物医学领域中应用广泛。

29、(2)可逆性高，便于控制：通过生成并移除低沸点二硫化物，能够有效实现正反向反应的精确控制，适用于需要自修复、循环利用或可逆调节的系统。

30、(3)操作简便：使用高价碘化合物htib作为自由基引发剂，无需过渡金属催化剂，降低了对设备和环境条件的要求，反应过程简便易行。

31、(4)清洁反应，减少副产物：该方法通过合理设计反应条件，减少了副反应的产生，实现了较高的反应选择性和产物纯度。

32、(5)适用范围广：适用于糖类、药物、蛋白质等生物分子和复杂体系的二硫键偶联和解偶联过程，可用于制备非对称二硫化物，具有较强的通用性。

33、(6)成本低廉：所用的htib是一种廉价、易获得的高价碘化合物，相较于过渡金属催化剂大幅降低了反应成本，适合大规模工业应用。