最初,基于SPPS的路线在发现阶段被广泛使用,但其放大生产面临根本性挑战(Scheme 1)。核心问题在于目标分子的结构特性:肽链中富含8个N-甲基或N-乙基氨基酸。这导致了四大难题:
1.空间位阻大:N-烷基化严重降低了氨基酸的偶联反应活性。
2.后处理难:过量的活性酯难以完全水解去除。
工艺优化过程解析:LPPS的定制化解决方案 研究团队转向LPPS,并针对性地开发了一系列关键技术。
·空间位阻偶联:对于Fragment B合成中极度拥挤的α,α-二烷基氨基酸偶联步骤,团队创新性地采用三氟乙酰基(Tfa)保护的氨基酸。Tfa基团能显著增强羰基的亲电性,从而在LPPS条件下(T3P/DMAP)高效完成偶联,避免了SPPS中所需的大量氨基酸过量(从4.5当量降至2.0当量)。
·温和脱保护:常规的叔丁基(t-Bu)脱保护使用三氟乙酸(TFA),但会导致肽链断裂。
团队开发了三甲基硅基三氟甲磺酸酯(TMSOTf)/六甲基二硅氮烷(HMDS) 的温和条件(Table 1),成功实现了t-Bu的专一性脱除,将肽键断裂杂质从33.3%降至0.4%。
·抑制DKP形成:
针对Fragment A中 Ile-MeAla-Aze序列极易形成DKP的难题,团队采用了“同步脱保护-偶联”策略。 在钯碳催化氢解脱除Cbz保护基的同时,加入下一个Teoc保护氨基酸的五氟苯酯(OPfp)进行原位偶联,使新生的氨基被立即酰化,从而将DKP相关的缺失序列杂质从17%成功抑制至未检出水平。
·活性酯淬灭:为确保每步偶联后杂质能被液-液萃取有效去除,必须彻底水解过量的活性酯。研究发现,在碱性水相中加入N-甲基咪唑(NMI)或4-二甲氨基吡啶(DMAP) 等亲核胺,可通过形成酰铵中间体大幅加速活性酯的水解,解决了其去除不完全的核心问题。
·环化位点与条件优化:为最大化主环产物、最小化寡聚副产物,团队通过评估选择了位点1(6-7位)进行大环化。 进一步地,采用反向加料策略(将线性肽溶液滴加到HATU溶液中)并优化溶剂比例,在将总溶剂体积从200 v/w大幅降至50 v/w的同时,将目标环肽与环二聚体的比例从83:14提升至97:3,显著提高了生产效率和选择性。
·结晶驱动最终纯化:得益于LUNA18独特的结晶性,团队开发了以丙酮/水为溶剂体系的直接结晶工艺,成功将粗品纯度从82.2%提升至98.5%以上,完全避免了色谱纯化,适合大规模生产。
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