N-丁氧羰基-4-溴丙氨酸（CAS号：131818-17-2），简称Boc-4-Br-Phe，常被化学专业人士称为Boc保护的4-溴苯丙氨酸。这是一种人工合成的非天然氨基酸衍生物，其化学结构基于L-苯丙氨酸（phenylalanine）骨架，在苯环的4-位引入溴原子，同时氨基由叔丁氧羰基（Boc）基团保护。Boc保护是固相肽合成（SPPS）中的标准策略，能有效防止氨基在多步反应中的副反应，提高合成效率。
该化合物的分子式为C₁₄H₁₈BrNO₄，分子量约346.20 g/mol。它通常以白色至浅黄色粉末形式存在，溶解度适中，在有机溶剂如二甲基甲酰胺（DMF）和二氯甲烷（DCM）中溶解良好，但水溶性较差。作为一种手性分子，它多采用L-构型，以匹配生物活性分子的立体要求。在合成和纯化过程中，化学家常使用柱色谱或高效液相色谱（HPLC）来分离其对映异构体，确保纯度达95%以上。
从化学性质来看，Boc基团在酸性条件下（如三氟乙酸，TFA）易于去除，而溴取代基提供了进一步功能化的位点，如通过亲核取代或偶联反应引入其他基团。这使得它成为有机合成中的多功能构建模块，尤其在设计新型肽类化合物时。
主要应用领域
1. 药物化学与药物开发
在药物化学领域，N-丁氧羰基-4-溴丙氨酸是构建生物活性肽和拟肽的关键中间体。溴原子的引入增强了分子的亲脂性和电子 withdrawing 效应，有助于调控肽的构象和生物活性。例如，在开发针对G蛋白偶联受体（GPCR）的肽类激动剂或拮抗剂时，该化合物常用于修饰序列中的芳香氨基酸位点。溴取代可改善药物分子的代谢稳定性，减少酶降解风险，从而延长体内半衰期。
具体而言，它广泛应用于抗癌药物和神经保护剂的合成。例如，一些研究团队利用Boc-4-Br-Phe合成模拟素肽（somatostatin）类似物，其中溴苯丙氨酸取代天然苯丙氨酸，提高了与受体的亲和力。在HIV蛋白酶抑制剂的设计中，该衍生物也被用作起始材料，通过Suzuki偶联反应将溴替换为杂环，提高选择性。临床前研究显示，这种修饰能优化药代动力学参数，如口服生物利用度。
此外，在小分子药物合成中，它可作为侧链构建块，用于非肽类抑制剂的构建。化学家常结合高通量筛选（HTS）技术，探索其在阿尔茨海默病靶点（如β-淀粉样蛋白）上的潜力。总体上，该化合物推动了从天然产物到合成药物的转化，体现了药物化学中结构-活性关系（SAR）优化的核心价值。
2. 肽合成与生物化学研究
固相肽合成是N-丁氧羰基-4-溴丙氨酸的核心应用场景。作为Boc策略的代表，它与Wang树脂或MBHA树脂兼容，允许顺序偶联其他保护氨基酸。溴取代苯丙氨酸的立体体积较大，能诱导肽链形成特定二级结构，如α-螺旋或β-转角，这在蛋白质工程中至关重要。
在生物化学研究中，该化合物用于标记和探针设计。溴原子易于放射性同位素（如¹²⁵I）取代，形成用于受体定位的示踪剂。例如，在神经递质受体（如多巴胺D2受体）的研究中，Boc-4-Br-Phe衍生的肽探针通过SPECT成像技术可视化受体分布。这有助于解析信号转导途径，并为个性化医学提供洞见。
此外，在酶工程领域，它被整合到人工酶或肽酶抑制剂中。研究表明，引入溴取代能增强与丝氨酸蛋白酶的相互作用，通过氢键和π-π堆积稳定复合物。近年来，随着CRISPR技术的兴起，该衍生物还用于设计细胞渗透肽（CPP），促进基因编辑工具的递送。
3. 材料科学与功能聚合物
超出生物应用，N-丁氧羰基-4-溴丙氨酸在材料化学中也有新兴用途。作为手性单体，它可通过环开聚合（ROP）或点击化学融入聚合物骨架，形成生物相容性材料。溴基团提供交联位点，用于合成水凝胶或纳米载体，这些材料常用于药物缓释系统。
例如，在组织工程中，Boc-4-Br-Phe基聚肽可模拟细胞外基质（ECM），促进干细胞分化。溴取代增强了材料的机械强度和荧光标记潜力，便于跟踪植入物性能。在光敏材料设计中，它与偶氮苯偶联，形成响应光刺激的智能聚合物，用于药物控释。
化学家还探索其在催化剂配体中的作用。Boc保护的溴苯丙氨酸可螯合金属离子，形成不对称催化剂，用于C-C键形成反应，如Heck偶联，提高手性产物的ee值（对映体过量）。
4. 其他新兴领域
在环境化学和绿色合成中，该化合物用于设计污染物降解肽酶。溴取代模拟卤代污染物，提高酶的催化效率，推动生物修复技术的发展。在食品科学中，它偶尔用于合成功能性肽，增强抗氧化活性。
总体而言，N-丁氧羰基-4-溴丙氨酸的应用体现了多学科交叉，其在药物和材料领域的潜力仍在扩展。化学专业人士需注意其毒性（溴取代可能增加细胞毒性），建议在合成时采用绿色溶剂如离子液体，以符合可持续化学原则。