4-Azido-L-phenylalanine，CAS号：33173-53-4，分子结构特点
4-Azido-L-phenylalanine，CAS号：33173-53-4，分子结构特点
4-Azido-L-phenylalanine 描述及技术制造背景与用途类别
一、化学性质与基本特点
4-Azido-L-phenylalanine（简称 4-Azido-Phe）是一种结构修饰的天然氨基酸衍生物，其特点是苯丙氨酸的苯环在对位（para）引入一个叠氮（azide）基团，从而赋予分子独特的化学活性和生物正交性。分子结构由羧酸基、氨基、苯环以及末端的叠氮基构成，保留了 L-氨基酸的天然构象和手性，同时提供高反应选择性和可控偶联能力。
分子结构特点
保留 L-氨基酸骨架，使其可以被蛋白质生物合成系统识别。
叠氮基团为高反应活性功能基，可在温和条件下进行 click 化学（尤其是 Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition）或铜自由 click 反应。
羧酸和氨基基团可用于蛋白质偶联、固相合成及衍生化操作。
物理化学性质
4-Azido-Phe 通常为白色至淡黄色固体，可溶于水、DMSO 或极性有机溶剂。
对光敏感，叠氮基可能在紫外光或高温条件下发生分解或失活，需低温避光储存。
化学稳定性良好，但在强还原剂存在下叠氮基可能还原为胺，需注意反应环境控制。
该氨基酸既兼具天然氨基酸的生物相容性，又具备高活性化学基团，为蛋白质工程、化学生物学及生物材料开发提供了灵活工具。
二、技术制造背景
4-Azido-L-phenylalanine 的制造涉及现代有机合成、氨基酸衍生化及立体化学控制，其技术背景可从原料选择、合成策略及纯化表征三个方面解析：
1. 原料选择与前体合成
合成的核心前体是 L-苯丙氨酸，其对位（para）羟基或卤素衍生物作为化学修饰位点。
为保证分子手性，采用 L-型氨基酸起始材料，避免 Racemization（消旋化）。
前体化学修饰通常采用苯环亲电取代或重排反应，引入叠氮基，形成稳定的 4-azido 芳环。
2. 叠氮基团引入技术
叠氮基团是一种高能化学基团，反应条件需要温和，以防分解或侧反应。
合成方法多采用亲核取代或叠氮转化反应，例如将对位卤素或硝基苯丙氨酸衍生物转化为叠氮基。
反应过程中温度、溶剂及 pH 控制严格，以维持氨基酸手性和羧酸、氨基完整性。
3. 保护基策略与偶联活性保持
合成中氨基酸的羧酸和氨基常需保护（如 Boc 或 Fmoc）以防止副反应。
叠氮基的活性需在保护和纯化过程中保持，通过低温、避光和干燥操作减少分解风险。
PEG、酯或其他保护基可用于衍生化，提高水溶性和纯化效率。
4. 纯化与表征
纯化方法包括重结晶、柱层析及高效液相色谱（HPLC）。
分子结构与纯度通过核磁共振（¹H-NMR, ¹³C-NMR）、质谱（MS）及红外光谱（IR）表征。
核心检测点包括叠氮基完整性、氨基酸手性及羧酸/氨基官能团的完整性。
现代制造工艺强调产物高纯度、手性保留、叠氮基活性及水溶性，确保产品可广泛应用于生物体系和化学偶联实验。
三、化学组成与结构特性
4-Azido-L-phenylalanine 分子可分为三个核心功能模块：
L-氨基酸骨架
保留羧酸基和氨基，可被核糖体识别用于蛋白质生物合成或固相肽合成。
保持 L-构型，保证蛋白质折叠和生物活性。
苯环芳香骨架
提供化学稳定性和空间支架，可进行进一步化学修饰。
对位叠氮基增加功能性，可与烯丙基、炔基或环烯基发生点击反应。
对位叠氮基（Azido group）
高反应活性，可进行 copper-catalyzed 或 copper-free click 反应。
可与 alkyne 功能化小分子、荧光探针、PEG 链或药物分子共价偶联。
保持温和条件下稳定性，兼容水相和有机体系。
模块化结构赋予分子高度的化学活性与空间灵活性，使其在蛋白质工程、标记和功能化体系中表现出独特优势。
四、用途类别
4-Azido-L-phenylalanine 的应用可分为以下三大类：
1. 蛋白质工程与非天然氨基酸扩展
通过遗传编码或体外翻译体系，将 4-Azido-Phe 融入蛋白质序列。
允许在蛋白质中精确引入功能性叠氮基，实现 site-specific modification。
可用于蛋白质标记、结构分析、活性调控及蛋白质互作研究。
2. 化学生物学与点击化学偶联
叠氮基可与炔基或环烯基进行高选择性共价偶联（click chemistry）。
可用于荧光探针标记、PEG 化修饰、药物偶联和多功能化分子构建。
兼容铜自由 click 化学，适用于活细胞或蛋白质体系，避免金属催化剂毒性。
3. 荧光探针与功能化纳米材料构建
4-Azido-Phe 可与 alkyne 修饰的荧光染料、纳米颗粒或脂质体共价结合。
构建功能化纳米载体、光控化学体系或靶向药物递送系统。
PEG 或其他柔性链可与叠氮基偶联，提高水溶性和空间可达性。
此外，该氨基酸在蛋白质交联、蛋白质-配体互作研究及高通量生物标记中均表现出显著应用潜力。
五、技术优势与创新点
高选择性与反应活性
对位叠氮基对烯丙基或炔基高度特异，实现快速、正交偶联。
生物相容性与手性保留
L-氨基酸骨架可被蛋白质翻译体系识别，不影响蛋白质天然折叠。
空间与功能灵活性
苯环支架和叠氮基提供空间可达性，可调节偶联分子与蛋白质距离。
兼容水性与有机体系
可在水溶液或有机溶剂中操作，适应生物化学、化学偶联及纳米材料应用。
多用途模块化应用
可用于蛋白质工程、荧光标记、药物偶联、纳米材料构建及功能化体系。