CN101538310A - 微波辅助连续流大规模多肽合成方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微波辅助连续流大规模多肽合成方法与装置，该装置主要包括反应釜、微波反应中心以及连接管路，在反应釜和微波反应中心的连接管路上设有在线检测装置和动力装置。本发明通过使反应物质在反应釜和微波反应中心之间的循环流动，来达到在反应体系局部加入微波辐射的目的，缩短了反应时间，实现了目标产物的大规模快速合成，将多肽的产量提高到公斤级或几十公斤级。

Description

微波辅助连续流大规模多肽合成方法与装置

技术领域

本发明涉及一种多肽合成方法及其装置，特别是一种微波辅助连续流大规模多肽合成方法及其装置，属于有机化学和药物化学领域。

背景技术

多肽是涉及生物体内各种细胞功能的生物活性物质，人工方法合成多肽已有百年的历史。随着生物技术的发展，多肽在医药领域有着广泛的应用，如多肽疫苗、抗肿瘤多肽、抗病毒多肽、多肽导向药物、细胞因子模拟肽、抗拒活性肽等。多肽不仅作为新药开发目标，同时也成为开发其它药物的筛选目标。因此，多肽的合成成为各国学者研究的重要课题。

多肽合成的方法可分为液相合成法和固相合成法。自Merrifield创立并发展了固相合成多肽的方法，使多肽合成领域取得了重大突破，对化学、生化、医药、免疫及分子微生物学等领域也都起了巨大的推动作用。目前，人工合成多肽主要以固相合成为主。

微波是指频率大于无线电波而小于红外光的电磁波，其频率范围在300MHz～30GHz，相应的波长1m～1cm范围。大量研究结果表明，经由微波照射可以大幅度提升许多反应的反应速率，大大缩短反应时间，产率也有所提高。目前研究涉及的反应包括Diels-Alder反应、Claisen重排、氧化反应、酯化反应、自由基反应、水解反应、亲核取代反应等液相反应。此外，微波照射应用在固相合成反应和酶催化的反应上，也可以很好地促进反应的进行(J.Z.Carrillo-Munoz，D.Bouvet，E.Guibe-Jampel，J.Org.Chem.，1996，61-7746)。

Wang等的研究指出，在使用微波照射的条件下，使用固相合成仪器合成目标多肽，一方面使偶联反应的时间缩短在6min内(常规的液相合成这一多肽大约需要3h)，另一方面偶联效率也大大提高(比液相合成法大约提高了16％)(H.M.Yu，S.T.Chen，K.T.Wang，J.Org.Chem.，1992，57-1781)。据此，美国CEM公司生产出Liberty微波多肽合成仪，使多肽合成的时间由过去以小时为单位计算的历史改写为以分钟为单位计算。此外，中国发明专利CN1298732C公开了一种多肽微波固相合成法，将微波技术用于多肽的固相合成，取得了一定的成果。

但是，目前国内多肽合成企业的产量较低，大部分仅达到克级水平，而国外已经有很多企业的生产水平已经达到公斤级甚至几十公斤级，但是合成的效率及得率都不是很高。因此，开发一种可以高效率的大规模合成多肽的方法和装置，对于促进我国多肽药物的发展，实现高效低成本多肽的合成具有积极意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种微波辅助连续流大规模多肽合成方法及其装置，将多肽的产量提高到公斤级甚至几十公斤级，从而实现了多肽的大规模生产。

本发明为达到以上目的，是通过如下技术方案实现的：

一种微波辅助连续流大规模多肽合成装置，包括反应釜和微波反应中心，微波反应中心设有出样孔和进样孔；反应釜的上端设有加料口和回流进口，回流进口与微波反应中心的出样孔通过管路连接，反应釜的下端设有出料口和回流出口，回流出口与微波反应中心的进样孔通过管路连接，在反应釜和微波反应中心的连接管路上设有在线检测装置和动力装置。此微波辅助连续流大规模多肽合成装置可以在短时间里，化学合成任何肽链长度的多肽以及多肽化合物，合成的多肽化合物可以方便地经在线检测装置检测。微波反应中心所采用的微波发射为单模形式，所用的微波频率可以是915MHz、2450MHz、5800MHz或22125MHz，其中较为常用的是2450MHz。经由微波辐射，大幅度提升了整个合成反应的反应速率，大大缩短反应时间，产率也有所提高。

本发明的动力装置优选泵，通过调节泵的流速可以很好地控制反应物质流经微波反应中心的时间，使反应更为充分。

作为优选，反应釜和微波反应中心设有自动调节速度的搅拌装置，该搅拌装置为外接机械搅拌或磁力搅拌。

作为优选，微波反应中心设有红外测温装置、压力检测装置和冷却装置，冷却装置优选为冷凝回流装置。红外测温装置、压力检测装置和冷却装置可以更好的控制反应过程，使合成反应较为充分。

作为优选，加料口设有多通道的阀门，与原料罐、试剂罐和洗脱液罐连接；出料口设有两通道阀门，分别与样品收集器和废液罐连接；所述的出料口还设有筛网，能有效地将固体反应基质与反应溶剂分离。

作为优选，在线检测装置选用紫外检测器、红外检测器、拉曼光谱仪中的一个或两个以上。

作为优选，反应釜由耐酸、耐碱、耐有机溶剂的材料制成，更为理想的材料是高密度聚丙烯。

本发明装置可设置阀门控制、各种温度和压力控制及各种动力系统的控制，将其连接到工作站，达到自动化控制的目的。

此方法并不只局限于Fmoc、t-Boc或NSC化学合成法。

此方法并不只局限于多肽的合成，也可以用于其它分子，如碳水化合物、蛋白质化合物等的大规模合成。

本发明使用的专用术语名称以及多肽载体的制备，多肽的偶联合成反应以及多肽偶联反应的监测方法都是本领域中为人熟知和常用的，除非有另外不同的定义，本文所使用的技术与科学术语与本发明所属领域一般技术人员通常所理解的一样。但是关于本发明的实施或实验，现对以下术语予以定义，并对本发明中的设计与材料加以描述。

多肽反应载体：反应载体是一种具有硬性或半硬性表面，但同时具有功能链团的高分子材料。一般以聚苯乙烯或聚乙烯为基本骨架，通过化学修饰，氨基酸可连接到反应载体上。反应载体的孔径一般为100～200目或70目，如此可以保持在过滤时反应载体与溶剂的彻底分离。

多肽合成反应：指按照多肽的自然序列，通过化学合成的方法将多种氨基酸连接起来。多肽合成需要反应釜、反应载体、洗脱试剂、偶联试剂等。本发明将反应物通过微波反应中心的微波辐射来提升整个多肽合成反应的反应速率，缩短反应时间。本发明的反应载体是氨基酸树脂。

常用氨基酸：虽然本发明可适用于任何保护氨基酸、小分子化合物的固相合成，但本发明仅采取L-型常用保护氨基酸作为实例。

使用该合成装置来大规模合成多肽的操作过程如下：

①取适量氨基酸-树脂复合物投入反应釜，加入脱保护基试剂，在微波反应中心的微波辐射下脱除氨基保护基，之后滤掉脱保护基试剂，用试剂DMF洗涤树脂；根据多肽序列，向反应釜中加入下一个预先活化的带保护基氨基酸和偶联试剂，在微波反应中心的微波辐射下进行氨基酸偶联反应，之后滤掉残留的氨基酸与试剂液体，用试剂DMF洗涤树脂；

②按照氨基酸从羧基端到氨基端的顺序，更换氨基酸，重复步骤①，合成所需的多肽；

③多肽完成所有的序列与反应后，加入切割试剂，在微波反应中心的微波辐射下进行切割，得到多肽粗品。

本发明中所述的在微波反应中心的微波辐射下脱除氨基保护基和进行氨基酸偶联反应的时间可以根据实际情况和需要进行调节。

作为优选，脱除氨基保护基的反应时间为1～15分钟，洗涤后采用通氮气的方法脱液，重复洗涤、脱液操作3～5次；多肽偶联反应的时间为1～15分钟，洗涤后采用通氮气的方法脱液，重复洗涤、脱液操作2～3次。通氮脱液的方法使固液分离更为充分，减少了洗涤的次数。

本发明的方法使用能够吸收微波的溶剂如二甲基甲酰胺(DMF)为介质，将微波技术应用在多肽合成中，利用微波的特殊效应，降低反应的活化能，提高反应速度。

本发明通过使反应物质在反应釜和微波反应中心之间的循环流动，来达到在反应体系局部加入微波辐射的目的，缩短了反应时间，实现了目标产物的大规模快速合成。本发明不仅提高了反应效率，减少了副反应的产生，而且提高了合成收率，将多肽的产量提高到公斤级或几十公斤级，同时降低了多肽的生产成本，有效解决了多肽生产成本高、合成周期长等问题，具有显著的社会价值和经济效益。

附图说明

图1是本发明的微波辅助连续流大规模多肽合成装置示意图。

标号说明：1反应釜，2微波反应中心，3动力装置，4在线检测装置，5加料口，6出料口，7回流出口，8回流进口，9出样口，10进样口，11原料罐，12试剂罐，13洗脱液罐，14废液罐，15样品收集器。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明作进一步说明。

由图1所示，本发明的大规模多肽合成装置包括反应釜1和微波反应中心2。微波反应中心2设有出样孔9和进样孔10。微波反应中心2外部设有微波发生装置，所采用的微波发射为单模形式，微波频率为2450MH，也可以是915MHz、5800MHz或22125MHz。微波反应中心设有红外测温装置、压力检测装置及冷却回流装置。红外测温装置和压力检测装置能监控整个化学反应的温度和压力，使整个化学反应在最佳反应温度下进行，以达到最佳的合成得率，并最大限度地减少副反应。冷却回流装置能保证微波反应中心温度过高时调节至化学反应最佳的温度。

反应釜1的上端设有加料口5和回流进口8，回流进口8与微波反应中心2的出样孔9通过管路连接，反应釜1的下端设有出料口6和回流出口7，回流出口7与微波反应中心2的进样孔10通过管路连接。加料口5接有多通道的阀门，分别与原料罐11、试剂罐12和洗脱液罐13连接。为方便固态物料的加入，可以设置开口较大的加料口；也可以在反应釜1上端加设可密封的盖子，固态物料通过盖子加入，之后使其密封。出料口6接有两通道阀门，分别与样品收集器15和废液罐14连接。出料口盖有筛网，以防止排液时固态物料随废液流出。

可以根据需要设置多个原料罐，放置合成目标肽所需要的各种氨基酸，根据肽序列设计进样顺序。试剂罐也可以根据需要设置，以保证整个化学反应能够顺利完成，洗脱罐也可以根据化学反应的需要来设计。

在反应釜1和微波反应中心2的连接管路上设有在线检测装置4和动力装置3。在线检测装置4为紫外检测器，也可以选用红外检测器和拉曼光谱仪中的一个或两个。动力装置3为泵，通过调节泵的流速可以很好地控制反应物质流经微波反应中心2的时间，使反应更为充分。反应釜1和微波反应中心2均设有自动调节速度的搅拌装置，使反应物混合均匀。

反应釜由高密度聚丙烯制成，也可以由其它耐酸、耐碱、耐有机溶剂的材料制成。本装置的连接管路均为耐酸、耐碱、耐有机溶剂的材料制成。本发明的装置可设置阀门控制、各种温度和压力控制及各种动力系统的控制，将其连接到工作站，达到自动化控制的目的。

一般的Fmoc固相合成的技术与步骤均适用于这里。虽然所有的氨基酸(包括D-型)在这里都适用，此实施例仅选用L-型的保护氨基酸。所有的氨基酸载体取代度控制在0.4mmol/g左右。所用溶剂如DMF、偶联剂如HBTU等为常规用法。

实施例1胸腺五肽的制备

①取5.25kg取代度0.4mmol/g的Fmoc-Tyr(tBu)-Wang树脂投入反应釜，加入脱保护基试剂30L，启动泵使反应物在微波反应中心与反应釜间循环流动，同时开启微波反应中心的微波发生装置使其产生微波，微波设置在：70℃，1.2MPa。反应物经过微波反应中心时，在微波辐射下加速了脱除氨基保护基的反应。5分钟后，关闭泵并停止微波辐射，滤掉脱保护基试剂，加入试剂DMF 10.5L洗涤树脂3次，通氮气排液。根据多肽序列，向反应釜中加入预先活化的Fmoc-Val-OH和偶联试剂HBTU，所用试剂的摩尔比为原料树脂∶Fmoc-Val-OH∶HBTU＝1∶3∶3，在微波反应中心的微波辐射下偶联氨基酸，5分钟后，滤掉残留的氨基酸与试剂液体，用试剂DMF洗涤树脂2次。

②按照胸腺五肽中氨基酸从右往左的顺序(H-Arg-Lys-Asp-Val-Tyr-OH)，更换氨基酸，氨基酸和偶联试剂的用量和Fmoc-Val-OH相同，重复步骤①，合成胸腺五肽。

③向制备好的胸腺五肽中加入三氟乙酸50L，在微波反应中心的微波辐射下进行切割，得到多肽粗品1.2kg。用液相色谱测得其纯度为91.6％，产率为84％。

实施例2胸腺五肽的制备

本实施例要合成的多肽和操作与实施例1完全相同，仅采用的工艺条件有所不同。

①微波辐射的时间为20分钟，滤掉脱保护基试剂后洗涤树脂5次，滤掉残留的氨基酸与试剂液体后洗涤树脂3次，其余同实施例1。

②、③步骤同实施例1。得到多肽粗品1.38kg。用液相色谱测得其纯度为92.5％，产率为96％。

实施例3胰高血糖素样肽-1(Glucagon-Like Peptide I)的制备

①取1.26kg取代度0.4mmol/g的Fmoc-Arg(Pbf)-Amide树脂投入反应釜，加入脱保护基试剂10L，启动泵使反应物在微波反应中心与反应釜间循环流动，同时开启微波反应中心的微波发生装置使其产生微波，微波设置在：70℃，1.2MPa。反应物经过微波反应中心时，在微波辐射下加速了脱除氨基保护基的反应。1分钟后，关闭泵并停止微波辐射，滤掉脱保护基试剂，加入试剂DMF 12.6L洗涤树脂3次，通氮气排液。根据多肽序列，向反应釜中加入预先活化的Fmoc-Gly-OH和偶联试剂HBTU，试剂的摩尔比为原料树脂∶Fmoc-Gly-OH∶HBTU＝1∶3∶3，在微波反应中心的微波辐射下偶联氨基酸，1分钟后，滤掉残留的氨基酸与试剂液体，用试剂DMF洗涤树脂2次。

②按照胰高血糖素样肽-1中氨基酸从右往左的顺序(His-Ala-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala-Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-NH₂)，更换氨基酸，氨基酸和偶联试剂的用量和Fmoc-Gly-OH相同，重复步骤①合成胰高血糖素样肽-1。

③向制备好的胰高血糖素样肽-1中加入三氟乙酸12.6L，在微波反应中心的微波辐射下进行切割，得到多肽粗品1.5kg。用液相色谱测得其纯度为86.4％，纯化后产率为90％。

实施例4胸腺肽(Thymosin Alpha 1)的制备

①取13.4kg取代度0.3mmol/g的Fmoc-Asn(trt)-Wang树脂投入反应釜，加入脱保护基试剂134L，启动泵使反应物在微波反应中心与反应釜间循环流动，同时开启微波反应中心的微波发生装置使其产生微波，微波设置在：70℃，1.2MPa。反应物经过微波反应中心时，在微波辐射下加速了脱除氨基保护基的反应。10分钟后，关闭泵并停止微波辐射，滤掉脱保护基试剂，加入试剂DMF 134L洗涤树脂3次，通氮气排液。根据多肽序列，向反应釜中加入预先活化的Fmoc-Glu(tBu)-OH和偶联试剂HBTU，所用试剂的摩尔比为原料树脂∶Fmoc-Glu-OH∶HBTU＝1∶3∶3，在微波反应中心的微波辐射下偶联氨基酸，10分钟后，滤掉残留的氨基酸与试剂液体，用试剂DMF洗涤树脂2次。

②按照胸腺肽中氨基酸从右往左的顺序(Ac-Ser-Asp-Ala-Ala-Val-Asp-Thr-Ser-Ser-Glu-Ile-Thr-Thr-Lys-Asp-Leu-Lys-Glu-Lys-Lys-Glu-Val-Val-Glu-Glu-Ala-Glu-Asn)更换氨基酸，氨基酸和偶联试剂的用量和Fmoc-Glu-OH相同，重复步骤①，合成胸腺肽。

③向制备好的胸腺肽中加入三氟乙酸134L，在微波反应中心的微波辐射下进行切割，得到多肽粗品11.3kg。用液相色谱测得其纯度为88.1％，产率为91％。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。实施例中所述的在微波反应中心的微波辐射下脱除氨基保护基和进行氨基酸偶联反应的时间可以根据实际情况和需要进行调节。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种微波辅助连续流大规模多肽合成装置，包括反应釜，其特征在于：本装置还包括微波反应中心，微波反应中心设有出样孔和进样孔；所述反应釜的上端设有加料口和回流进口，回流进口与微波反应中心的出样孔通过管路连接，反应釜的下端设有出料口和回流出口，回流出口与微波反应中心的进样孔通过管路连接；在反应釜和微波反应中心的连接管路上设有在线检测装置和动力装置。

2.根据权利要求1所述的合成装置，其特征在于：所述的反应釜和微波反应中心设有自动调节速度的搅拌装置，该搅拌装置为外接机械搅拌或磁力搅拌。

3.根据权利要求1或2所述的合成装置，其特征在于：所述的微波反应中心设有红外测温装置、压力检测装置和冷却装置。

4.根据权利要求1或2所述的合成装置，其特征在于：所述的加料口设有多通道的阀门，与原料罐、试剂罐和洗脱液罐连接；所述的出料口设有两通道阀门，分别与样品收集器和废液罐连接；所述的出料口还设有筛网。

5.根据权利要求3所述的合成装置，其特征在于：所述的加料口设有多通道的阀门，与原料罐、试剂罐和洗脱液罐连接；所述的出料口设有两通道阀门，分别与样品收集器和废液罐连接；所述的出料口还设有筛网。

6.根据权利要求1或2所述的合成装置，其特征在于：所述在线检测装置是紫外检测器、红外检测器、拉曼光谱仪中的一个或两个以上。

7.根据权利要求3所述的合成装置，其特征在于：在线检测装置是紫外检测器、红外检测器、拉曼光谱仪中的一个或两个以上。

8.根据权利要求1或2所述的合成装置，其特征在于：所述的反应釜由耐酸、耐碱、耐有机溶剂的材料制成。

9.一种利用权利要求1所述的合成装置来大规模合成多肽的方法，其操作过程如下：

①取适量氨基酸树脂复合物投入反应釜，加入脱保护基试剂，在微波反应中心的微波辐射下脱除氨基保护基，之后滤掉脱保护基试剂，用试剂DMF洗涤树脂；根据多肽序列，向反应釜中加入下一个预先活化的带保护基氨基酸和偶联试剂，在微波反应中心的微波辐射下偶联氨基酸，之后滤掉残留的氨基酸与试剂液体，用试剂DMF洗涤树脂；

②按照氨基酸从羧基端到氨基端的顺序，更换氨基酸，重复步骤①，合成所需的多肽；

③多肽完成所有的序列与反应后，加入切割试剂，在微波反应中心的微波辐射下进行切割，得到多肽粗品。

10.根据权利要求9所述的大规模合成多肽的方法，其特征在于：所述脱除氨基保护基的反应时间为1～15分钟，洗涤后采用通氮气的方法脱液，重复洗涤、脱液操作3～5次；多肽偶联反应的时间为1～15分钟，洗涤后采用通氮气的方法脱液，重复洗涤、脱液操作2～3次。

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