大家好：肽合成中危险溶剂的绿色替代品

人们越来越意识到溶剂对污染、能源使用、空气质量和气候变化的影响。因此，在研究界和化学工业中，可持续溶剂是一个越来越受关注的话题。都柏林Ipsen的一个研究团队正在开发新的、更环保的制造方式方面取得进展。值得注意的是，他们的研究强调存在可行的绿色溶剂，为肽的生产提供了有害物质的替代品。令人兴奋的是，Ipsen团队正在将这些溶剂用于商业和开发肽的小规模合成。

肽− 氨基酸短链− 统治身体。它们可以作为分子信号，帮助调节人体新陈代谢。它们在体内的重要作用意味着它们是制药业中备受关注的目标：肽用于重要的研究目的和药物开发。

肽被用作药物的第一个例子是在1922年，当时牛胰腺提取物被用来挽救一名14岁儿童的生命。今天，胰岛素已成为家喻户晓的名字，蛋白质现在占全球医药市场的10%左右。合成肽用于免疫、疫苗、医学成像和载体，用于运输放射性核素以治疗转移性肿瘤。与传统的“小分子”药物相比，肽通常具有高生物活性和低毒性。目前市场上有50种肽类药物，还有数百种正在进行临床试验和临床前开发。

氨基酸链
肽是由一条氨基酸链组成的，这意味着有了正确的技术，可以将氨基酸转化为任何想要的肽。20世纪60年代，RB Merrifield首先通过氨基酸前体实现了这类反应。他的突破性战略，称为“固相肽合成”（SPPS），仍然是从实验室到工业生产任何规模肽的最常用方法。

随着对有害试剂的监管越来越严格，企业将越来越需要依靠使用更环保溶剂的更好工艺。

在SPP之前，肽合成的挑战在于氨基酸的结构。氨基酸有两端：一端是羧基，另一端是氨基。羧基可以与氨基反应，将两个氨基酸连接在一起。重复这个过程可以产生一条称为肽的链。但是如果你把氨基酸混合在一起，促进反应，你怎么能得到正确的顺序呢？即使将氨基酸A添加到氨基酸B中，您如何保证AB而不是AA、BB或ABBB的肽？

SPPS通过两种方式解决此问题。首先是使用保护团体。当添加氨基酸时，它的氨基末端含有一个保护基团，防止它在加入链末端后发生反应。第二，肽的一端固定在树脂上。每次添加氨基酸后，可以清洗和过滤树脂，去除多余的反应物。然后在对下一个氨基酸重复该过程之前，去除保护基团。这一过程意味着，即使是大肽也可以合成，超过100个氨基酸，从而为梅里菲尔德赢得了诺贝尔奖。

许可证的危害
虽然能够合成肽拯救了无数生命，但用于制造肽的过程涉及到对人类和环境健康极其危险的化学品。在SPP中，DMF、NMP、DMAc和DCM等溶剂都常用于溶解过程中使用的各种受保护氨基酸。这些溶剂具有多种毒性，对胎儿有害，甚至致癌。

SPP本质上需要使用比完全反应更多的试剂，以确保反应完成。每一步都要清洗树脂珠，以去除多余的试剂和副产品，从而产生大量危险废物。

产生肽的典型方法每千克产品产生约3至15吨废物，具体取决于所产生肽的长度。

绿色化学
难怪像Ipsen Dublin这样的公司正在寻找生产肽过程中更绿色的替代品。随着人们对溶剂对污染、能源使用以及对空气质量和气候变化的影响越来越感兴趣，可持续溶剂正成为工业界和研究界越来越感兴趣的话题。

在过去十年中，致力于肽合成的替代、绿色方法的研究数量显著增加。通常，研究的目的是减少因使用有毒和致癌溶剂而产生的危险废物量。

绿色溶剂
在Ipsen，APID集团（活性药物成分开发，包括Katarzyna Wegner、Danielle Barnes、Agnieszka Jardine和Declan Moran）负责改进新型肽制造。在过去十年中，该集团一直致力于了解如何通过开发和实施更绿色的肽生产方法来满足REACH法规（化学品注册、评估授权和限制）。

REACH立法规定了欧洲潜在有害和环境破坏物质的使用，旨在保护人类和环境免受危险化学品的危害。

CHEM21指导绿色溶剂不建议使用乙腈,methyltertbutyl醚或四氢呋喃的研究或行业的反应,和共同溶剂DMF、NMP和DMAc受到欧盟,密切关注和更大的限制生效限制其在行业中使用。

所有的膨胀
APID的研究人员鉴定了三种用危险溶剂合成的肽。对于每一个过程，根据其使树脂膨胀的能力筛选更绿色的溶剂。“膨胀因子”在SPPS中很重要，因为膨胀更多的树脂有更高的表面积，使试剂更容易进入树脂核心，加速反应并提高收率。

其他重要性质，尤其是它们溶解每一反应起始材料的能力，进一步缩小了证明能够引起有效树脂溶胀的溶剂的范围。这些被选为小规模合成商业和开发肽的SPPS试验的候选品。

三个项目，三个肽
研究的第一个肽是由八个氨基酸和一个小分子残基组成的环肽。该工艺中使用的树脂X有四种候选绿色溶剂：DMC、2-甲基四氢呋喃、CPME和EtOAc。然而，所有氨基酸在候选溶剂中表现出较差或中等溶解度，约为0.1至0.3 mol dm-3浓度。

由于溶解性差，只有DMC被评估用于SPP。这种替代溶剂的产率大大低于在DMF中进行的相同反应，约为原始产率的14%。纯度也明显降低：4%，而通常达到的82%。

为了增加产量和溶解性，SPPS协议被改变，以降低使用的溶液的浓度。尽管进行了这些优化SPPS反应的尝试，但收率只能提高到原始工艺的36%，而纯度只有11%。

第二个肽是另一个环八肽，使用树脂Y，该树脂在许多溶剂中具有可接受的膨胀因子，包括DMC、2-甲基四氢呋喃、CPME、NBP和EtOAc，所有这些都被选择用于进一步评估。2-MeTHF和NBP能够溶剂化所有七种氨基酸，但该反应的产率仍然较低。使用2-甲基四氢呋喃得到最佳结果，其产率为原始产率的65%。在绿色溶剂中，偶联反应和脱保护反应的效率均低于DMF。

对于第三种环八肽，测试了九种溶剂作为DMF的替代品。该反应中使用的树脂在2-MeTHF、NBP、NMP和MTH中表现出良好的溶胀性，在DMC、EtOAc、CPME和γ-戊内酯中表现出中等溶胀性。

APID小组致力于通过开发和实施更环保的肽制造方法来了解如何满足REACH法规。

只有两个− NBP和γ-戊内酯− 能够有效地溶剂化所使用的氨基酸，并选择这些进行进一步评估。γ-戊内酯的结果较差，其产率为原始工艺的18%，其中大量杂质被认为是由较差的膨胀系数引起的。

然而，NBP在小规模研究中给出了更好的结果。因此，尝试了大规模生产，提供了几乎70%的原始产量。产品纯度与DMF工艺相当一致，为48%，而不是60%。

这一承诺结果导致研究人员尝试涉及DMF的组合过程，用于SPP的耦合步骤，但使用NBP进行洗涤步骤。SPP的DMF / NBP组合策略产生了92％的产率，纯度为55％。

虽然使用DMF和NBP的组合并没有完全消除有害溶剂的使用，但它确实大大减少了过程中产生的有害废物的数量。这种非常有前途的策略导致DMF的使用减少了82%。

一个更加绿色的未来
基于这些研究，很明显，虽然没有“金标准”溶剂可以取代固相肽合成中的危险溶剂，但仍有可行的选择。应根据具体情况对其进行评估，尤其是因为选择替代溶剂具有很大的挑战性：树脂溶胀性差、起始材料不溶性差以及产率较低都可能导致问题。但随着对有害试剂的监管越来越严格，企业将越来越需要依靠使用更环保溶剂的更好工艺。