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三乙基磷酸酯(TEP):绿色固相肽合成(SPPS)溶剂的新选择

Triethyl phosphate (TEP) as a green solvent for solid-phase peptide synthesis (SPPS),

K.P. NandhiniNosipho CeleBeatriz G. de la Torre & Fernando Albericio (2024) Green Chemistry Letters and Reviews, 17:1, DOI: 

随着绿色化学的发展,寻找环境友好型溶剂成为科研的热点。在固相肽合成(SPPS)领域,传统溶剂如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和二氯甲烷(DCM)因其毒性和环境问题而受到限制。本文介绍了一种新型绿色溶剂——三乙基磷酸酯(TEP),它几乎无毒性,不致癌或致突变,并且降解产物为无害的磷酸和乙醇。TEP的低粘度特性使其在SPPS中具有潜在的应用价值,因为溶剂需要渗透聚合物基质以传递试剂。研究表明,TEP能够溶解大多数Fmoc保护的氨基酸和关键的偶联试剂及添加剂。使用TEP在室温下成功合成了多个模型肽,而其他绿色溶剂则需要更复杂的树脂和/或较高的温度。因此,TEP是成为首选绿色溶剂的有力竞争者。

三乙基磷酸酯(TEP)的化学特性与环境影响

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三乙基磷酸酯(TEP)是一种有机化合物,化学式为OP(OEt)₃,室温下为透明液体,具有微妙的愉悦气味。TEP在水和其他有机溶剂中溶解性良好,且具有与常用SPPS溶剂如DMF和NMP相似的溶解性。TEP在制造业中广泛应用,如塑料的阻燃剂,以及在制备药物、合成聚偏氟乙烯等方面的应用。TEP的毒理学特性良好,热稳定性高,被认为是替代传统有毒溶剂的有力候选物。

TEP在固相肽合成中的应用

TEP作为一种非质子溶剂,其极性低于DMF、NMP和其他绿色溶剂,但高于2-甲基四氢呋喃(2-Me-THF)和乙酸乙酯(EtOAc)。TEP的粘度与NMP相近,远低于其他绿色溶剂,如NBP、NOP和PolarClean。粘度是SPPS所需的关键物理性质之一,高粘度溶剂渗透聚合物基质的能力受限,这常导致反应不完全。TEP的沸点高(215°C),有助于在微波或热辅助SPPS中使用。TEP的闪点高(105°C),远高于DMF(58°C),这对于高温下的使用也很重要。TEP的低熔点(-56.5°C)可能有助于其在自动合成器中的使用。

TEP的溶解性和肽合成效果

TEP能够溶解大多数Fmoc保护的氨基酸、偶联试剂和添加剂,这对于SPPS中的溶剂来说是决定性的属性。例如,常见的添加剂如HOAt、HOBt和OxymaPure在TEP中的溶解性极佳(0.9M)。然而,仅有COMU这一偶联试剂在TEP中表现出良好的溶解性,而HATU和HBTU等苯并三唑衍生物的溶解性较差。

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在TEP中,大多数氨基酸的溶解性从0.1M到0.9M不等,仅含有Trt保护基团的氨基酸如Fmoc-Cys(Trt)-OH、Fmoc-His(Trt)-OH、Fmoc-Asn(Trt)-OH和Fmoc-Arg(Pbf)-OH在TEP中的溶解性较差(≤0.1M)。有趣的是,Fmoc-Gln(Trt)-OH的溶解性比其对应的Asn衍生物更好。


TEP与树脂的相容性

在SPPS中,理想的溶剂应该能够良好地溶胀树脂。15vip太阳集团比较了TEP与DMF在溶胀两种基于聚苯乙烯(PS)的树脂(Fmoc-Rinkamide-amino methyl(AM)-PS-resin和AM-PS-resin)和一种基于聚乙二醇(PEG)的树脂(Fmoc-Rinkamide-ChemMatrix)的能力。DMF在溶胀这三种树脂方面表现优于TEP,但TEP与SPPS方法的兼容性仍有待进一步研究。

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TEP在模型肽合成中的表现

15vip太阳集团测试了TEP在几种模型肽的SPPS中的效率。首先,尝试在室温下使用TEP进行所有合成步骤,包括Fmoc去除、偶联和洗涤,合成了H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-NH₂(Leu enkephalinamide)。偶联使用Fmoc-aa-OH、DIC和OxymaPure(各3等量)预激活1分钟后偶联1小时;Fmoc使用TEP中的哌啶(20%)去除。合成结果表明,目标肽以优异的纯度获得。

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结论与展望

TEP作为一种新型绿色溶剂,其在SPPS中的应用展现出了良好的前景。TEP不仅具有良好的环境友好性,还在溶解氨基酸和偶联试剂方面表现出色。在模型肽的合成中,TEP展现了出色的偶联性能。此外,使用TEP中的20%哌啶进行Fmoc去除步骤在大多数情况下非常有效,尽管在某些情况下需要微调。在合成双Acm保护的催产素时,仅通过适度延长去保护时间即可获得优异的纯度。15vip太阳集团预见,对于其他情况,比哌啶更强的碱,如DBU,可能克服这一问题。TEP和NBP是直接替代DMF/NMP的最佳绿色溶剂,因为它们允许在室温下使用传统的聚苯乙烯树脂合成模型肽。其他绿色溶剂在使用基于PEG的更复杂树脂和/或高温条件下也取得了良好的结果,包括微波辅助化学。由于这些初步的有希望的结果,TEP的低粘度也似乎是进一步调查的好候选物,作为混合物的一部分。

研究得到了Yoav Luxembourg和Gyorgy Orosz(以色列Rehovot的Luxembourg Biotech)的支持,他们为这项研究提供了TEP溶剂和偶联试剂。该工作部分由以下机构资助:国家研究基金会(NRF)(#105892和Blue Sky’s Research Programme #120386)和夸祖鲁-纳塔尔大学(南非)。作者未报告任何潜在的利益冲突。

概述

概述:

该文章探讨了三乙基磷酸(TEP)作为绿色固相肽合成(GSPPS)工具箱的新成员。TEP显示出较低的毒性和粘度,适合作为固相肽合成(SPPS)的溶剂,在溶解大多数Fmoc-氨基酸以及关键的偶联试剂和添加剂方面表现良好。本研究包含了实验部分,探讨了TEP在溶解氨基酸、树脂膨胀能力和固相肽合成方面的性能。通过对多个模型肽的合成研究,发现TEP在大多数情况下均能有效进行偶联和Fmoc移除步骤,但某些步骤需要微调。该研究的结论强调TEP因其低毒性和溶解性能,有望成为SPPS首选的绿色溶剂。

背景

论文探索了三乙基磷酸酯(TEP)作为绿色溶剂在固相肽合成(SPPS)中的应用。从其他生产过程中学习到的环境友好、可持续生产的方法论迁移到有机合成中,特别是解决溶剂消耗量大的问题。考虑到溶剂在药品制造业中占据的废物主体,绿色溶剂的开发显得尤为重要。TEP作为一种绿色溶剂,具有几乎无毒、不致癌或诱变性质,能降解为相对无害的磷酸和乙醇,且具有低粘度,可溶解大多数Fmoc-氨基酸和关键的偶联试剂及添加剂,显示出其在SPPS中的潜力。论文的研究背景强调了在化学生产中追求可持续发展的重要性,特别是在肽类药物生产中减少环境影响的需求。

方法

论文选择了**“实验研究”**作为其研究方法。在"实验部分"详细描述了使用的材料、方法、试验条件、实验步骤等,涉及了固相肽合成(SPPS)的过程、溶解能力和树脂膨胀性的实验。接下来,我会完整地叙述该论文在实验研究上的具体内容和结论。

材料和方法

实验所用的材料如Triethylphosphate OxymaPure、NN’-diisopropylcarbodiimide (DIC)由Luxembourg Biotech提供,Fmoc-氨基酸及相关试剂由Iris Biotech和Sigma-Aldrich等供应。实验主要采用分析级HPLC和LC-MS来分析合成肽的质量和纯度。实验涵盖了溶解实验、树脂膨胀实验和实际的固相肽合成过程。

溶解能力测试

通过逐步添加TEP(Triethylphosphate)到含有Fmoc-氨基酸、偶联试剂或添加剂的混合物中,测定其溶解能力。通过调节混合物的浓度并观察溶解过程,评估溶解效果。

树脂膨胀实验

通过在不同溶剂中处理树脂并测量其膨胀程度,评估溶剂和树脂之间的互溶性。所采用的方法既能评估不同Fmoc-氨基酸的溶解能力,也能评估树脂的膨胀能力。

固相肽合成(SPPS)

固相肽合成是利用Fmoc保护策略在固定化的树脂上逐步构建肽链。实验涉及多个步骤,包括Fmoc-氨基酸的偶联、Fmoc保护基的去除、清洗和最后的肽链从树脂上的解脱。具体操作包括使用DIC和OxymaPure对Fmoc-氨基酸进行预活化,然后将混合物加入树脂上进行偶联,以及通过管柱色谱法和质谱法来分析合成的肽的纯度和结构。

结论

研究结果显示,选用的实验方法成功实现了对TEP作为SPPS中溶剂的评估,包括其溶解能力和树脂膨胀性。实验结果确认了TEP作为固相肽合成溶剂的可行性,并且展示了在不同实验条件下的合成效率和纯度。这为SPPS领域寻找更安全、环保的溶剂提供了重要线索。

论文通过详细的实验部分,展示了实验研究在解决具体科学问题中的应用和有效性,从材料准备、实验设计到结果分析,展现了科学研究中严谨和逻辑性的重要性。

这项研究不仅为固相肽合成提供了新的溶剂选择,同时也为未来研究提供了方向,即继续探索更多环保、有效的实验方法和材料,为科研和实际应用提供坚实的基础。

结论

论文总结

  • 背景与目的: 三乙基磷酸(TEP)是固相肽合成(SPPS)中的一种绿色溶剂。这项研究旨在评估TEP作为SPPS中的绿色溶剂的有效性。

  • 实验方法:

    • 材料与方法: 研究了TEP中Fmoc-氨基酸、偶联试剂和添加剂的溶解性。
    • 溶解性: 大多数Fmoc-氨基酸在TEP中的溶解性良好,但含有Trt保护基的氨基酸溶解性较差。
    • 树脂膨胀: 使用TEP的树脂膨胀性能良好,符合SPPS对溶剂的基本要求。
  • 结果:

    • 肽合成: 使用TEP合成了多种模型肽,并获得了高纯度的产物。
    • 溶剂对比: TEP与其他绿色溶剂(NBP)的混合使用,可以改善那些在TEP中溶解性较差的氨基酸的溶解问题。
  • 结论: TEP表现为一种优秀的绿色溶剂,适用于固相肽合成(SPPS)。尽管在一些特殊情况下需要调整Fmoc的去保护步骤,但TEP在大多数情况下都能有效支持SPPS过程。当前研究表明,尽管学术界和工业界已做出巨大努力,但目前仍未找到一种万能的绿色溶剂。

三乙基磷酸酯(TEP):绿色固相肽合成(SPPS)溶剂的新选择

Triethyl phosphate (TEP) as a green solvent for solid-phase peptide synthesis (SPPS),

K.P. NandhiniNosipho CeleBeatriz G. de la Torre & Fernando Albericio (2024) Green Chemistry Letters and Reviews, 17:1, DOI: 



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