多肽的后期多样化修饰在药物研发和制药工业中起到越来越重要的作用。非天然肽通常表现出比其母体类似物更好的活性，因此，结构复杂肽的精确修饰意义重大。以往文献中，色氨酸C-H键通常局限于活化C2位。而C7取代的吲哚/色氨酸普遍存在于众多活性化合物和结构复杂的肽类天然产物中，因此对色氨酸多肽的C7位进行结构修饰具有重要意义。但是，迄今为止研究人员仍未开发出直接的含色氨酸肽的C(7)-H后期官能化策略（Figure 1B）。近日，德国哥廷根大学Lutz Ackermann教授首次报道了铑催化的含色氨酸多肽的高度选择性C7酰胺化反应，这为合成结构复杂的多肽提供了便捷的途径。相关研究成果发表在Chem上（DOI: 10.1016/j.chempr.2020.10.026）。起初，作者以1,4,2-二噁唑-5-酮2作为酰胺化试剂，对色氨酸1的C-N构建进行研究（Figure 2A）。令人兴奋的是，反应在Rh(III)催化下首次发生了C(7)–H酰胺化，以57%的收率得到产物3。随后作者对添加剂、溶剂等条件进行筛选，发现酸添加剂对于C7酰胺化至关重要（Figure 2A，entries 1-5），其中MesCO2H效果最佳。以2,2,2-三氟乙醇（TFE）作为反应介质，收率最高达到92%。
（图片来源：Chem）
为合理解释C7的选择性，在[D]4-MeOH的存在下，作者考察了色氨酸1a在[D]4-MeOH的存在下能否发生H/D交换，结果发现C7和C2位都观察到了可逆的C-H活化（Figure 2B）。与吲哚底物选择性的C2酰胺化相反，色氨酸主要进行C7酰胺化，并且具有良好的位点选择性，这表明肽主链的空间位阻对反应的影响较大（Figure 3）。为详细深入该C7官能化的反应机理，作者对其进行了密度泛函理论（DFT）计算，发现在C7选择性地形成C-N键的过程中，初始的脱羧步骤的活化能为22.5 kcal mol-1。而C2官能化途径则需要25.4 kcal mol-1的活化能，这并不利于C2位的关键脱羧步骤。
（图片来源：Chem）
接下来，在最佳反应条件下，作者首先探索了二噁唑酮的适用范围。芳基和烷基二噁唑酮都具有良好的耐受性。富电子和缺电子的芳烃都是相容的，且含吸电子取代基的底物收率更高（3ab–3ae）。连有芳基或烯烃的各种烷基二噁唑酮也适用于该体系（3ak–3ar）。利用该策略，作者还可以将α-氨基酸和β-氨基酸都引入到色氨酸的C7位上（Figure 4B）。
（图片来源：Chem）
此外，衍生自氨基酸天然产物和药物的二噁唑啉能以位点选择性方式与色氨酸结合，生成含香茅酸、丙磺舒、布洛芬、脱氢胆酸等活性分子的肽（5a–5f，Figure 6）。
（图片来源：Chem）
为进一步证明该反应的实用性，作者将该方法拓展至多肽的后期官能化修饰（Figure 8）。二肽、三肽、六肽和大环肽均以良好的收率选择性地形成C7酰胺化产物8。多种官能团如羟基、胺基、酰胺等都能兼容该反应。
（图片来源：Chem）
总结：作者首次发展了铑催化的色氨酸的位点选择性C7酰胺化反应，并将其应用于含色氨酸多肽的后期C7位官能化修饰中。此外，作者经连续的双C-H键活化策略也实现了多肽的C7/C2双官能化，这在药物化学和药物合成中具有极大的应用价值。
