共振声学混合技术实现了固相肽合成中的无溶剂酰胺偶联反应

《Green Chemistry》：Resonant acoustic mixing enables solvent-less amide coupling in solid-phase peptide synthesis

基于机械混合的绿色肽合成方法研究

　　固相肽合成（Solid-Phase Peptide Synthesis, SPPS）是现代肽类分子生产的核心技术。然而，该方法在实施过程中对溶剂的依赖性较强，且会产生大量的废弃物，这不仅增加了环境负担，也限制了其在大规模生产中的应用。为了解决这些问题，研究人员开发了一种全新的无溶剂肽偶联方法，利用共振声学混合（Resonant Acoustic Mixing, RAM）技术实现了高效、环保的肽合成过程。这一创新标志着向更加绿色和可持续的肽制造工艺迈出了一大步。

在传统SPPS中，偶联步骤通常需要大量的极性非质子溶剂，例如二甲基甲酰胺（DMF）等。这些溶剂不仅具有一定的毒性，而且在处理和排放过程中也面临较大的环境压力。此外，偶联反应还常常需要对试剂进行预溶解和预活化，这进一步增加了化学物质的使用量和废物排放。相比之下，无溶剂偶联方法通过机械振动的方式，有效促进了试剂在树脂中的扩散和反应，从而避免了对溶剂的依赖。RAM技术利用低频声波能量（约60 Hz）在反应容器中产生高效的宏观运动和局部微混合区域，使得反应物能够更均匀地分布并迅速反应。这种非接触式的混合方式不仅减少了机械应力对树脂颗粒的损害，还提高了反应效率和产物纯度。

在实验中，研究人员使用了一种定制设计的反应装置，确保了反应过程的稳定性和可重复性。通过高分辨率数字显微镜对树脂颗粒的形态进行观察，结果表明在RAM条件下，树脂颗粒保持了良好的球形结构，没有明显的表面损伤。这说明RAM技术在维持树脂完整性方面具有显著优势，能够支持连续的偶联反应。此外，通过调整机械能输入的强度，研究人员发现加速值为95g时，偶联效率最高，反应时间最短，且产物纯度达到99%。这一优化条件不仅降低了试剂的使用量，还显著减少了反应时间，使得整个合成过程更加高效。

为了验证该方法的适用性，研究人员将其应用于合成两种具有生物活性的肽：IKVAV和Angiotensin 1–7。IKVAV是一种来源于层粘连蛋白的五肽，具有促进细胞粘附、神经突起生长和组织工程等应用潜力。Angiotensin 1–7则是一种重要的生物激素，属于肾素-血管紧张素系统的一部分，具有治疗心血管和呼吸系统疾病的应用前景。实验结果表明，这两种肽在无溶剂条件下均能以高纯度和高产率成功合成。其中，IKVAV的粗纯度达到95%，产率约为81%；Angiotensin 1–7的粗纯度为94%，产率约为70%。这些结果证明了RAM技术在合成更长、更复杂的肽序列时同样具有良好的适用性和稳定性。

进一步的研究还展示了该方法在大规模生产中的潜力。研究人员将模型三肽KAV的合成规模从0.3 mmol扩大到10 mmol，实现了30倍的放大。这一过程在无溶剂条件下顺利完成，产率和纯度均保持在较高水平，分别为71%和99%。相较于传统的微波辅助SPPS方法，该方法在处理更大体积的反应体系时表现出更均匀的能量分布和更有效的质量传递，克服了微波加热过程中可能遇到的均匀性和穿透性问题。这些结果表明，RAM技术不仅适用于实验室规模的肽合成，还具备良好的工业应用前景。

为了全面评估该方法的环境效益，研究人员引入了过程质量强度（Process Mass Intensity, PMI）这一绿色化学指标。PMI用于衡量整个合成过程中所使用的材料总量与最终产物质量之间的比例，从而反映材料使用的效率。在合成KAV三肽的实验中，RAM辅助的SPPS方法的PMI值为953，而传统方法的PMI值高达4695，这意味着RAM方法在材料使用上减少了五倍。这一显著的降低不仅减少了溶剂和试剂的消耗，还有效降低了生产成本和废弃物排放，为实现更环保的肽制造工艺提供了有力支持。

尽管RAM技术在偶联步骤中实现了无溶剂化，但在脱保护和洗涤步骤中仍然需要使用一定量的溶剂。这表明，为了进一步提升该方法的可持续性，未来的研究可以探索更绿色的试剂或完全无溶剂的脱保护和洗涤方案。此外，随着技术的不断完善，RAM方法还可以与自动化平台相结合，推动SPPS工艺的智能化发展，提高生产效率和一致性。

本研究的成果为无溶剂SPPS技术奠定了坚实的基础，同时也为未来肽合成工艺的绿色化提供了新的思路和方向。通过减少溶剂和试剂的使用，缩短反应时间，提高产物纯度和产率，RAM技术不仅提升了合成效率，还显著降低了环境影响。这一方法的推广和应用，有望在制药、生物技术和材料科学等领域带来深远的影响，推动更加环保和可持续的肽制造工艺的发展。