KAT连接：酰基三氟硼酸钾的酰胺键形成连接反应
定义。 KAT连接（酰基三氟硼酸钾连接）是酰基三氟硼酸钾（KAT）与O-取代羟胺之间的化学选择性 酰胺键形成反应。该反应在水中进行，可直接用于未保护的肽段，且无需偶联试剂，因此适用于 连接肽段、标记生物分子以及形成水凝胶。
什么是酰基三氟硼酸钾（KAT）？
酰基三氟硼酸钾是一类酰基硼化合物，结构为 R-C(=O)-BF3K，其中三氟硼酸基团直接连接在 羰基碳上。KAT 通常是在常规条件下稳定的盐。在 KAT 连接中，KAT 作为酰基供体，其羰基 成为新生成酰胺键的羰基。
KAT连接如何形成酰胺键？
KAT 在水相、弱酸性条件下与 O-取代羟胺反应生成酰胺。由于两种反应组分均不与未保护肽段 中的游离氨基、羧基、硫醇或羟基反应，该反应具有化学选择性，无需保护基或活化试剂。
KAT连接在化学蛋白质合成中如何应用？
在化学蛋白质合成中，通过固相多肽合成制备的肽段以化学选择性方式连接，从而构建无法 一次性合成的长蛋白质。KAT 连接提供了一种形成酰胺键的切断方式，与天然化学连接互为补充。 其决定性优势在于反应浓度：天然化学连接和 KAHA 连接需要毫摩尔级的反应物浓度，而 KAT 连接在稀溶液中依然快速。在我们 2026 年的工作中（Science），我们在 100 至 200 微摩尔浓度下连接肽段，并合成了含 57 个残基的载脂蛋白 C-I（apolipoprotein C-I）以及 易聚集的人 PD-L2 免疫球蛋白 V 结构域。
KAT 如何在固相多肽合成中保持稳定？（ONNO 配体）
长期以来，利用 KAT 连接进行蛋白质合成的障碍在于：C 端 KAT 无法经受 Fmoc 固相多肽 合成——没有一种保护基能够同时掩蔽其活泼羰基和三氟硼酸基团，并耐受反复的碱处理和 酸处理。ONNO 是我与 Steiner 和 Bode 共同提出的四齿配体（Science 2026），它螯合硼 原子，将 KAT 掩蔽为常规条件下稳定的两性离子型有机硼配合物，可经受 Fmoc 固相合成和 三氟乙酸切割，随后在温和条件下用市售试剂 DMPU·HF 脱除，并完全保持构型。ONNO 还可 作为临时的亲水辅助基团，帮助纯化难处理的疏水肽段。
KAT连接与其他化学选择性连接反应相比如何？
天然化学连接将 C 端硫酯与 N 端半胱氨酸相连。丝氨酸/苏氨酸连接使用 C 端水杨醛酯和 N 端丝氨酸或苏氨酸。KAHA 连接将 α-酮酸与羟胺相连。KAT 连接同样形成酰胺键并基于 羟胺，但使用酰基硼作为酰基供体。若干化学选择性连接反应的速率常数已在等摩尔水相 条件下进行过比较（ACS Chem. Biol.，见下文参考文献）。
KAT 如何制备？
我们报道的一条路线可将羧酸转化为 KAT：先将羧酸活化为异丁基混合酸酐，再在铜催化下 用联硼酸频那醇酯（B2pin2）进行硼化，最后用 KHF2 水溶液处理（Tung, Schuhmacher, Schilling, Bode, Mankad, Angew. Chem. Int. Ed. 2022）。
我在 KAT 连接方面的研究
参考文献
- Rapid Ligations with Equimolar Reactants in Water with the Potassium Acyltrifluoroborate (KAT) Amide Formation. J. Am. Chem. Soc. doi:10.1021/ja5018442
- Critical Evaluation and Rate Constants of Chemoselective Ligation Reactions for Stoichiometric Conjugations in Water. ACS Chem. Biol. doi:10.1021/cb5006728
- Synthesis of Acyltrifluoroborates. Org. Lett. doi:10.1021/ol300668m
- Native chemical ligation. Science 1994. doi:10.1126/science.7973629
- Serine/threonine ligation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi:10.1073/pnas.1221012110
- KAHA ligation. Angew. Chem. 2006. doi:10.1002/ange.200503991