背景及概述

L-鸟氨酸(Ornithine，简写为Orn)是一种非蛋白氨基酸，主要存在于肉类、鱼类、奶酪、蛋中，也是细菌细胞膜和多肽类抗生素的组成成分，在人体内主要以游离态存在于肝脏。近年，随着人们对L-鸟氨酸的保健及医药功效的认识的加深，人们对其的研究及新产品的开发逐渐产生了浓厚的兴趣。标题化合物N-Fmoc-N'-Boc-L-鸟氨酸为其N的保护产物。本文简述其制备工艺。

制备

以N’-Boc-L-鸟氨酸为原料，在Et 3 N/MeOH 条件下与二碳酸二叔丁酯反应进行 Boc 保护，制备目标化合物N-Fmoc-N’-Boc-L-鸟氨酸[1]。N-Fmoc-N’-Boc-L-鸟氨酸制备反应式如下图：

图1 N-Fmoc-N’-Boc-L-鸟氨酸制备反应式

实验操作：

方法一、

N’-BOC-L-鸟氨酸加入到圆底烧瓶中，加入10%的碳酸钠水溶液搅拌溶解，再加入二氧六环，冰浴下将10%的9-芴甲氧基碳酰氯的二氧六环溶液慢慢滴加进入反应液，滴加完成后在冰浴中反应2小时，再在室温下反应8小时，加入水稀释，用乙醚萃取 4 次，水层置于冰浴中，用浓盐酸调节pH值到刚果红试纸显蓝色，在冰箱中放置过夜，得到白色沉淀物用乙酸乙酯提取，合并有机液用水洗涤，有机层用无水硫酸镁干燥，过滤，旋干溶剂得白色粉末带有结块，即为产品N-Fmoc-N’-Boc-L-鸟氨酸。

方法二、

在 100mL 单口反应瓶中，将N-Fmoc-L-鸟氨酸(2. 15 g，10 mmol)溶于 30mL 甲醇，缓慢加入三乙胺(3. 5 mL，25 mmol) 和二碳酸二叔丁酯 (4. 6mL，20mmol)后，加热升温至 40 ℃，搅拌反应 5 小时。减压浓缩除去剩余甲醇，用乙酸乙酯萃取反应液，有机相用蒸馏水洗涤三次，饱和氯化钠水溶液洗涤一次，无水硫酸钠干燥，过滤后浓缩得粗品N-Fmoc-N’-Boc-L-鸟氨酸，经柱层析纯化得白色粉末，即为目标化合物N-Fmoc-N’-Boc-L-鸟氨酸。

参考文献

[1]Organic Preparations and Procedures International, , vol. 34, # 5 p. 531 - 537

N-Fmoc-N'-Boc-L-鸟氨酸 作为一种重要的保护氨基酸，在肽合成领域发挥着关键作用。其独特的结构特征使其在多肽药物、生物活性肽等方面具有广泛的应用前景。

简介：

N-Fmoc-N'-Boc-L-鸟氨酸（Fmoc-Orn（Boc）-OH） 是一种常用的氨基酸衍生物，分子式为C25H30N2O6。该化合物广泛应用于肽合成领域，尤其在需要引入鸟氨酸残基的肽段合成中发挥重要作用。研究表明，将Fmoc-Orn（Boc）-OH与GFP标记肽偶联，能够显著增强肽的细胞通透性，为细胞生物学研究提供了新的工具。此外，Fmoc-Orn（Boc）-OH也是制备各种鸟氨酸衍生物和生物活性肽的重要起始原料。N-Fmoc-N'-Boc-L-鸟氨酸的结构如下：

应用举例：

（1）手性鸟氨酸基PNA类似物的合成

Laan等人描述了一种含有鸟氨酸骨架的手性 PNA 类似物的立体选择性合成。在这种方法中，每个延伸循环由两个单独的偶联步骤组成：即通过 TOPPipU 介导的与 Fmoc-Orn(Boc)-OH 的偶联延伸生长链中的自由 δ-氨基功能，随后用胸腺嘧啶-1-基乙酸酰化自由 α-胺。按照此策略制备胸腺嘧啶十聚体，杂交实验表明它们与 cRNA 形成稳定的复合物。

（2）生物偶联

Fmoc-Orn（Boc）-OH 在生物偶联中发挥着关键作用。通过其C末端的羧基，可以与其他生物分子（如肽、蛋白质、抗体等）进行共价连接。研究表明，将Fmoc-Orn（Boc）-OH 引入到PAMAM树状大分子中，可以显著提高其基因转染效率，并降低细胞毒性，为基因治疗提供了新的思路。

Ajay Kumar等人评估了鸟氨酸偶联PAMAMG4树突状聚合物的基因转染效率和细胞毒性。通过Fmoc合成制备鸟氨酸共轭PAMAMG4树枝状聚合物。在 HEK 293T、GM7373 和 NCI H157G 细胞系中进行了 PAMAMG4 种树状大分子与表面修饰树状大分子之间的基因转染比较研究。在单独的实验中研究了过量的鸟氨酸（100μM）对鸟氨酸偶联PAMAMG4树枝状聚合物转染效率的影响。通过 MTT 测定法在 HEK 293T 细胞中测试树状体的细胞毒性。1H NMR和MALDI-TOF光谱分析表明，约60个鸟氨酸分子（PAMAMG4-ORN60）与PAMAMG4树枝状聚合物偶联。初步研究表明，电荷比 （N/P 10） 的树状体具有更高的转染效率，血清的存在不会影响树状体的转染效率。与 HEK 293T 细胞相比，PAMAMG4-ORN60 树状体在癌细胞 （NCI H157G） 中的转染效率略高。在鸟氨酸过量的情况下，PAMAMG4-ORN60树状大分子的转染效率降低，而对母体树状大分子PAMAMG4没有影响。细胞毒性试验表明，N/P 10 的 PAMAMG4-ORN60 树状体在浓度为 ≤50 μg/mL 时是安全的。可以得出结论，鸟氨酸偶联的树突状聚合物具有成为新型基因载体的潜力。

（3）多肽合成

在多肽合成中，Fmoc-Orn（Boc）-OH 的Fmoc和Boc保护基团分别保护了肽链的N端和鸟氨酸侧链的ε-氨基，使得肽链的合成具有高度的专一性和可控性。这对于制备含有鸟氨酸的各种生物活性肽，如激素、神经肽等具有重要意义。

（4）细胞穿透肽

Fmoc-Orn（Boc）-OH 在细胞穿透肽的设计中也得到了广泛应用。研究表明，通过在CPP序列中引入多个鸟氨酸残基，可以显著增强其细胞穿透能力。这主要是因为鸟氨酸的正电荷与细胞膜的负电荷相互作用，从而促进肽分子进入细胞。

参考：

[1]Laan, A. C. van der, Amsterdam, I. van, Tesser, G. I., Boom, J. H. van, & Yeheskiel, E. K. (1998). Synthesis of Chirally Pure Ornithine Based PNA Analogues. Nucleosides and Nucleotides, 17(1–3), 219–231. https://doi.org/10.1080/07328319808005171

[2]Kumar A, Yellepeddi V K, Davies G E, et al. Enhanced gene transfection efficiency by polyamidoamine (PAMAM) dendrimers modified with ornithine residues[J]. International journal of pharmaceutics, 2010, 392(1-2): 294-303.

[3]Masiukiewicz E, Wiejak S, Rzeszotarskat B. SCALABLE SYNTHESES OF N α-BENZYLOXYCARBONYL-l-ORNITHINE AND OF N α-(9-FLUORENYLMETHOXY) CARBONYL-l-ORNITHINEE[J]. Organic Preparations and Procedures International, 2002, 34(5): 531-537.

[4]Xie J, Bi Y, Zhang H, et al. Cell-penetrating peptides in diagnosis and treatment of human diseases: from preclinical research to clinical application[J]. Frontiers in pharmacology, 2020, 11: 697.

[5]https://baike.baidu.com/item/N-Fmoc-N%27-Boc-L-%E9%B8%9F%E6%B0%A8%E9%85%B8/2597181