Tổng hợp peptide pha rắn tăng cường bằng vi sóng

Việc sử dụng năng lượng vi sóng để tăng cường quá trình tổng hợp peptide pha rắn đã được công nhận là một kỹ thuật có giá trị. Công nghệ này cho thấy khả năng cải thiện cả hai bước khử bảo vệ và coupling trong từng chu kỳ thêm amino acid.¹

Ban đầu, công nghệ vi sóng được chứng minh có thể thúc đẩy các phản ứng khó đi đến hoàn toàn — vốn là thách thức với điều kiện tổng hợp truyền thống. Tuy nhiên, một số phản ứng phụ có thể gia tăng ở nhiệt độ cao và cần điều kiện kiểm soát đặc biệt, chủ yếu bao gồm hiện tượng epimer hóa amino acid trong bước coupling và sự hình thành aspartimide của acid aspartic trong điều kiện khử bảo vệ bằng base.

Trong các năm tiếp theo, công nghệ này đã được tinh chỉnh để tạo ra các quy trình khử bảo vệ và coupling hiệu quả cao, giúp giảm thiểu các phản ứng phụ nhưng vẫn duy trì khả năng tăng tốc từng bước tổng hợp.

Năm 2014, quy trình High-Efficiency Solid Phase Peptide Synthesis (HE-SPPS) được phát triển. Quy trình HE-SPPS được ứng dụng trên thế hệ thiết bị tổng hợp peptide vi sóng tiếp theo là Liberty Blue, mang lại mức tiết kiệm đáng kể về thời gian tổng hợp và lượng dung môi sử dụng. Liberty Blue đã được trao giải R&D 100 Award vào năm 2014.

Đến năm 2018, CEM phát triển hệ thống tổng hợp peptide vi sóng tự động quy mô sản xuất đầu tiên trên thế giới – Liberty PRO. Hệ thống này cho phép mở rộng quy trình HE-SPPS lên quy mô sản xuất, tạo ra lượng peptide lên đến cấp kilogram.

Tham khảo thêm thông tin 

Quy trình coupling CarboMAX

Quá trình hình thành liên kết amide trong tổng hợp peptide đã được chứng minh là có thể được tăng cường đáng kể nhờ chiếu xạ vi sóng. Điều này giúp phản ứng coupling diễn ra hoàn toàn hơn trong thời gian ngắn hơn, đồng thời có tiềm năng giảm lượng thuốc thử dư cần sử dụng.

Trong điều kiện nhiệt độ cao, coupling dựa trên carbodiimide thường được ưu tiên hơn so với các phương pháp dựa trên muối onium, vốn sử dụng base mạnh và có thể làm tăng hiện tượng epimer hóa.

Năm 2017, CEM đã phát triển một cải tiến cho quy trình coupling carbodiimide tiêu chuẩn. Công nghệ này, gọi là CarboMAX, cải thiện coupling carbodiimide truyền thống bằng cách tăng tốc độ hình thành chất trung gian quan trọng o-acylisourea.

Khi tốc độ hình thành o-acylisourea tăng lên, tốc độ tạo amino acid hoạt hóa cũng tăng tương ứng. Kết quả là quá trình coupling diễn ra nhanh hơn và hoàn toàn hơn.

Cơ chế này giúp giảm hiện tượng epimer hóa amino acid bằng cách rút ngắn thời gian tồn tại trung bình của amino acid đã hoạt hóa trước khi tham gia phản ứng coupling.

Coupling và khử bảo vệ kết hợp trong cùng một nồi phản ứng

Trong tổng hợp peptide pha rắn truyền thống, các bước khử bảo vệ và coupling thường được thực hiện lặp lại, tách biệt với nhau, kèm theo bước rửa giữa mỗi công đoạn. Cách tiếp cận này dựa trên giả định rằng nếu không xả và rửa hoàn toàn giữa các bước, có thể xảy ra hiện tượng gắn amino acid không mong muốn.

Với quy trình HE-SPPS, CEM đã chứng minh rằng có thể loại bỏ bước rửa sau coupling mà không ảnh hưởng đến độ tinh khiết của peptide.³ Quy trình này tiếp tục được cải tiến với kỹ thuật one-pot coupling và deprotection mới.⁴

Kỹ thuật này cho phép thêm trực tiếp thuốc thử khử bảo vệ dạng base vào hỗn hợp sau coupling mà không cần xả dung dịch trước đó. Cơ chế này dựa trên việc động học phản ứng trong pha dung dịch diễn ra nhanh hơn, giúp thúc đẩy quá trình thủy phân hoặc tự ngưng tụ của ester hoạt hóa, từ đó hạn chế các phản ứng phụ tiềm ẩn tại nhóm amino đang gắn trên resin.

Sau đó, quá trình loại bỏ Fmoc tiếp tục diễn ra liên tục ở nhiệt độ cao. Việc tối ưu lượng thuốc thử sử dụng giúp hỗn hợp phản ứng gần như trung tính vào cuối bước khử bảo vệ.

Quy trình mới này mang lại nhiều lợi ích trong mỗi chu kỳ tổng hợp, bao gồm giảm lượng dung môi cần dùng cho bước khử bảo vệ và rút ngắn thời gian khử bảo vệ do không cần thêm thời gian tăng nhiệt vi sóng. Ở quy mô sản xuất, điều này có thể giúp tiết kiệm đáng kể dung môi, thời gian và năng lượng.

Dung môi xanh hơn

N-butylpyrrolidinone (NBP; TamiSolve NxG-PS) đã chứng minh khả năng hoạt động hiệu quả như một dung môi phân cực không proton thay thế theo hướng xanh hơn.

Khi sử dụng trong SPPS vi sóng, NBP dễ triển khai hơn so với các phương pháp truyền thống, do nhiệt độ cao giúp giảm ảnh hưởng từ độ nhớt tương đối cao của dung môi.

Ngoài ra, CEM đã phát triển một hỗn hợp dung môi độc đáo, lý tưởng cho tổng hợp peptide bằng vi sóng.⁵ Hệ dung môi này dựa trên sự kết hợp giữa anisole và N-butylpyrrolidinone, mang lại các đặc tính phù hợp để thay thế hoàn toàn dung môi truyền thống.

Hệ dung môi này đã được chứng minh trên nhiều peptide khó, với ưu điểm về độc tính thuận lợi hơn, độ nhớt thấp hơn và chi phí tổng thể thấp hơn.

Tìm hiểu thêm

Xem dữ liệu