TFAを使用しないペプチド合成への産業イノベーション

固相ペプチド合成（SPPS）は長らく、保護基結合を切断する高い効率から、トリフルオロ酢酸（TFA）をグローバルな側鎖脱保護と樹脂切断の標準試薬として依存してきました。

しかし、環境への影響、化学的安定性、プロセスの制限に関する懸念が高まるにつれ、代替戦略の探索が加速しています。

TFAは持続性化学物質に分類され、今後の枠組みでTFAが含まれる可能性のあるパー・ポリフルオロアルキル化合物（PFAS）に対するEUの制限提案を含む規制圧力との関連が高まっています。

TFAベースのSPPSの主な制限には以下が含まれます：

• リサイクル不可能な溶媒負担と環境持続可能性への懸念
• 酸感受性保護基への依存
• 疎水性保護基（例：tBu、Boc、Trt）による凝集問題
• 強酸性条件下でのN-メチル化ペプチドなどの感受性配列の分解
• Pbf-Argなどの基に必要な脱保護時間の長期化によるペプチド骨格切断のリスク増加

これらの課題が、次世代の直交保護基戦略をより温和で持続可能な条件下でペプチド合成のために開発するきっかけとなりました。

新しいFmoc/Pic光触媒SPPSプラットフォーム

上海交通大学の王萍教授グループが発表した最近の研究（JACS）は、新しいFmoc/Pic（ピリジルメチル）保護基戦略を導入し、以下を可能にしています：

• 直交的な側鎖保護
• 光触媒によるC-ヘテロ原子結合切断を介した可視光駆動型脱保護
• 酸を使用しないグローバル脱保護
• 自動ペプチド合成装置との完全な互換性

このシステムは、伝統的な酸不安定性化学を光レドックス触媒プラットフォームに置き換え、TFAベースのペプチド合成に対する持続可能な代替手段を提供します。

可視光化学による光触媒脱保護

この方法は、光レドックス触媒に依存して、アミノ酸側鎖保護基のC-ヘテロ原子結合を効率的に切断します。

Fmoc/Picで保護されたセリンをモデル基質として使用し、最適化された条件が特定されました：

• 光源：10Wコンパクト蛍光灯（CFL）
• 触媒：Ru(bpy)₃Cl₂（1.5mol%）
• 還元剤：アスコルビン酸（5.0当量）
• 溶媒系：PBS/MeOH（pH5.0）

これらの条件下で、20分以内に完全な脱保護が定量的な転換率で達成されました。

主な機構的洞察には以下が含まれます：

• pH4.0–5.0で最適な反応性が観察され、ピリジニウムのプロトン化の重要性を示しています
• 青色または緑色LED照射は、Ru(bpy)₃²⁺との吸収アライメントが最適でないため効率が低下しました
• エオシンYなどの代替光触媒は、十分な酸化還元電位を示さなかった
• 有機光触媒4-CzIPNは同等の効率を示し、金属を使用しない実現可能性を確認しました

対照実験により、光、光触媒、還元剤がすべて変換に不可欠であることが確認されました。

広範なアミノ酸スコープと官能基互換性

Fmoc/Picプラットフォームは、保護基設計を調整することで広範なアミノ酸に成功裏に拡張されました：

• アスパラギン酸＆グルタミン酸：Dmpic保護により環化とピログルタミン酸形成が防止される
• アルギニン、リジン、トリプトファン、ヒスチジン：修飾されたPic誘導体により望ましくない副反応が低減される
• ホスホアミノ酸および非天然アミノ酸との互換性

重要なことに、このシステムは同一の温和な条件下でC-O、C-N、C-S結合の選択的切断を可能にし、以下と完全な互換性を維持します：

• Boc
• ベンジル
• フェノール性保護基
• エステル官能基

これは、伝統的な酸媒介脱保護化学に比べて大幅な改善を表しています。

従来のTFAベースSPPSとの比較

標準的なTFA媒介脱保護戦略と比較して、Fmoc/Picシステムは以下を提供します：

• 温和な水性反応条件
• 反応性 tert-ブチルカチオンの生成なし
• 以下のような副反応の排除：
  • スルホニウム形成
  • 不可逆的S-アルキル化
  • 芳香族側鎖修飾

特に、SPPSにおいて最も困難なステップの1つであるArg(Pbf)の脱保護は、光化学的条件下で骨格分解なしに迅速かつクリーンに達成されます。

これは、システイン、チロシン、トリプトファンなどの感受性残基を含むペプチドにとって大きな利点を提供します。

樹脂互換性と完全自動化光切断SPPS

TFAの使用を完全に排除するため、Sieberアミド樹脂および2-クロロトリチル樹脂などの酸感受性樹脂がC末端ペプチド合成に使用されました。

ペプチドアセンブリ後、可視光照射によりグローバル脱保護と切断が達成されました。

主な成果には以下が含まれます：

• 9種類のC末端アミドペプチドの効率的合成（オキシトシンやテルリプレッシンなどの生物活性ペプチドで52–65%の収率）
• 酸化保護添加剤なしでのメチオニン含有配列の優れた安定性