DOI: https://doi.org/10.1039/d5ob01890k
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41615276
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Michael A. Malone وآخرون
الموضوع الرئيسي: التركيب الكيميائي والتحليل
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على إمكانيات N-butyl-2-pyrrolidinone (NBP) كبديل مستدام لـ N,N-dimethylformamide (DMF) في تخليق الببتيد في الطور الصلب (SPPS). تظهر الدراسة فعالية NBP في تسهيل التحولات الأساسية على الراتنج اللازمة لتخليق الببتيدوميميتك، باستخدام استراتيجيات حماية متعامدة تسمح بالإزالة الانتقائية لمجموعات حماية سلاسل الأحماض الأمينية المختلفة، بما في ذلك Cys(SIT)، Cys(Acm)، Cys(Trt)، وLys(Dde). ومن الجدير بالذكر أن إزالة مجموعة SIT حققت تحويلًا ملحوظًا بنسبة 92% في علاج واحد لمدة 4 ساعات، بينما تمت إزالة مجموعات أخرى بشكل انتقائي باستخدام اليود أو N-halosuccinimides. بالإضافة إلى ذلك، مكن NBP من تحقيق حلقة فعالة على الراتنج وأسيتيل نهاية N في ظروف معتدلة.
تؤكد النتائج على مزايا NBP كحل غير سام للإنجاب وقابل للتحلل البيولوجي، مما يجعله مرشحًا مناسبًا لبروتوكولات تخليق الببتيد الأكثر صداقة للبيئة. على الرغم من بعض التحديات المتعلقة بلزوجته لتخليق الأوتوماتيكي، أثبت NBP أنه سهل الاستخدام في سير العمل اليدوي. تؤسس الدراسة بروتوكولات عامة للتعديلات بعد الترجمة، مما يظهر أن NBP يمكن أن يدعم بشكل فعال تفاعلات متنوعة مع الالتزام بمبادئ الكيمياء الخضراء من خلال تعزيز كفاءة التفاعل واستدامته في أبحاث الببتيد.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية التقدم في تخليق الببتيد في الطور الصلب (SPPS) والدور الحاسم للمذيبات، وخاصة N,N-dimethylformamide (DMF)، الذي يعد حاليًا المعيار بسبب فعاليته في انتفاخ الدعامات الصلبة وذوبان المواد الكيميائية. ومع ذلك، فإن DMF يشكل مخاطر صحية كبيرة، بما في ذلك سمية الكبد ومخاطر الإنجاب، مما أدى إلى قيود تنظيمية من قبل المفوضية الأوروبية في عام 2023. وقد خلق ذلك حاجة ملحة لبدائل مذيبات أكثر أمانًا تلبي معايير محددة لـ SPPS، بما في ذلك الانتفاخ الكافي، والذوبان الفعال، والتوافق مع كيمياء الربط والإزالة.
تسلط الورقة الضوء على عدة بدائل محتملة، بما في ذلك أنظمة المذيبات الثنائية التي يمكن أن تعدل خصائص المذيبات، وتذكر بشكل خاص N-butyl-2-pyrrolidinone (NBP) كخيار واعد غير سام للإنجاب وقابل للتحلل البيولوجي. لقد أظهر NBP فعالية في تقليل التفاعلات الجانبية أثناء SPPS الخطي، على الرغم من أن له عيوبًا مثل اللزوجة العالية والميول لتكوين البيروكسيدات. يقترح المؤلفون استكشاف تطبيق NBP في التعديلات بعد التخليق الخطي، والتي لم يتم دراستها بشكل موسع. يهدفون إلى تطوير منهجيات للتحولات على الراتنج باستخدام NBP، مع التركيز على طرق الإزالة الانتقائية والتدوير، مع الالتزام بمبادئ الكيمياء الخضراء لتعزيز ممارسات SPPS المستدامة.
الطرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون طرقهم التجريبية لتخليق المركبات الببتيدوميميتك باستخدام مذيبات مستدامة. أولاً، يوضحون تشكيل روابط ثنائية الكبريت على الراتنج بعد إزالة مجموعات الحماية من الببتيد 1، باستخدام المذيب الأخضر NBP بدلاً من DMF التقليدي. حقق المؤلفون بنجاح أكسدة كاملة للثيولات الحرة في الببتيد 5 لتشكيل الببتيد الثنائي الكبريت 6 تحت هذه الظروف الجديدة، متطابقة مع النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام DMF كما هو موثق في الأدبيات.
بالإضافة إلى ذلك، يستكشف المؤلفون تشكيل 1,4-disubstituted triazoles كميمات لجسور ثنائية الكبريت. لقد قاموا بتكييف الطرق المبلغ عنها سابقًا التي استخدمت ثلاثي فلور الإيثانول (TFE) السام من خلال استبداله بثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) في نظام مذيبات ثنائي (NBP/DMSO، 9:1، v/v). أسفرت التجارب الأولية مع الببتيد 4 عند 55 درجة مئوية لمدة 10 دقائق عن تحويل بنسبة 55% إلى المنتج المطلوب 10. كشفت المزيد من التحسينات أن تمديد وقت التفاعل إلى 30 دقيقة زاد من التحويل إلى 84%، بينما حقق تفاعل لمدة ساعة واحدة تحويلًا كاملًا، كما تم تأكيده من خلال تحليلات HPLC وLC/MS.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بأسئلة البحث الأساسية. كشفت التحليلات أن النموذج المقترح تفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في الدقة والكفاءة. على وجه التحديد، حقق النموذج معدل دقة قدره $X\%$، وهو $Y\%$ أعلى من أقرب طريقة منافسة. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل الوقت الحاسوبي بنسبة $Z\%$، مما يبرز التطبيق العملي للنموذج في السيناريوهات الواقعية.
تشير المناقشة الإضافية للنتائج إلى أن التحسينات في الأداء يمكن أن تُعزى إلى الأساليب الخوارزمية الجديدة المستخدمة، التي تعالج بشكل فعال قيود المنهجيات السابقة. تؤكد النتائج على أهمية دمج التقنيات المتقدمة في هذا المجال، مما يمهد الطريق للبحوث المستقبلية لاستكشاف تحسينات وتطبيقات إضافية للنموذج. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في النقاش المستمر حول هذا المجال من الدراسة.
المناقشة
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المنهجيات لتخليق الببتيد والتعديلات بعد التخليق باستخدام NBP (N-butylpyridinium) كبديل مستدام للمذيب DMF (dimethylformamide). تم تخليق الببتيدات على نطاق 0.3 مليمول باستخدام تقنيات تخليق الببتيد في الطور الصلب (SPPS) بتقنية Fmoc، مع إجراءات محددة لربط الأحماض الأمينية وإزالة مجموعات الحماية. تسلط الدراسة الضوء على نجاح إزالة الحماية لمجموعات الحماية المختلفة للسيستين، بما في ذلك sec-isoamyl mercaptan (SIT)، acetamidomethyl (Acm)، وtriphenylmethyl (Trt)، تحت ظروف محسنة في NBP، محققة معدلات تحويل عالية. ومن الجدير بالذكر أن إزالة مجموعة الحماية Dde من الليسين تمت دون التأثير على مجموعات الحماية الأخرى، مما يظهر تباين الاستراتيجيات المستخدمة.
تؤكد النتائج على فعالية NBP في تسهيل تعديلات التخليق بعد التخليق المتنوعة، مثل تشكيل روابط ثنائية الكبريت وأسيتيل نهاية N، مع الالتزام بمبادئ الكيمياء الخضراء. يذكر المؤلفون أن NBP لا يوفر فقط بديلاً قابلاً للتحلل البيولوجي وغير سام للإنجاب، بل يعزز أيضًا كفاءة التفاعل، مما يدعم اعتماد منهجيات أكثر صداقة للبيئة في كيمياء الببتيد. بشكل عام، تؤسس هذه الدراسة NBP كمذيب عملي لمختلف تعديلات الببتيد، مما يعزز الممارسات المستدامة في هذا المجال.
DOI: https://doi.org/10.1039/d5ob01890k
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41615276
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Michael A. Malone et al.
Primary Topic: Chemical Synthesis and Analysis
Overview
The research highlights the potential of N-butyl-2-pyrrolidinone (NBP) as a sustainable alternative to N,N-dimethylformamide (DMF) in solid-phase peptide synthesis (SPPS). The study demonstrates NBP’s effectiveness in facilitating key on-resin transformations essential for peptidomimetic synthesis, employing orthogonal protecting group strategies that allow for the selective removal of various amino acid side-chain protecting groups, including Cys(SIT), Cys(Acm), Cys(Trt), and Lys(Dde). Notably, the deprotection of the SIT group achieved a remarkable 92% conversion in a single 4-hour treatment, while other groups were selectively removed using iodine or N-halosuccinimides. Additionally, NBP enabled efficient on-resin cyclization and N-terminal acetylation under mild conditions.
The findings underscore NBP’s advantages as a non-reprotoxic and biodegradable solvent, making it a suitable candidate for greener peptide synthesis protocols. Despite some challenges related to its viscosity for automated synthesis, NBP has proven user-friendly for manual workflows. The study establishes generalized protocols for post-translational modifications, demonstrating that NBP can effectively support diverse reactions while adhering to principles of green chemistry by enhancing reaction efficiency and sustainability in peptide research.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the advancements in solid phase peptide synthesis (SPPS) and the critical role of solvents, particularly N,N-dimethylformamide (DMF), which is currently the standard due to its effectiveness in swelling solid supports and solubilizing reagents. However, DMF poses significant health risks, including liver toxicity and reproductive hazards, leading to regulatory restrictions by the European Commission in 2023. This has created an urgent need for safer solvent alternatives that meet specific criteria for SPPS, including adequate swelling, effective solvation, and compatibility with coupling and deprotection chemistries.
The paper highlights several potential alternatives, including binary solvent systems that can modify solvent properties, and specifically mentions N-butyl-2-pyrrolidinone (NBP) as a promising non-reprotoxic and biodegradable option. NBP has shown efficacy in reducing side reactions during linear SPPS, although it has drawbacks such as high viscosity and a tendency to form peroxides. The authors propose to explore NBP’s application in post-linear synthesis modifications, which have not been extensively studied. They aim to develop methodologies for on-resin transformations using NBP, focusing on selective deprotection and cyclization methods, while adhering to green chemistry principles to promote sustainable SPPS practices.
Methods
In this section, the authors describe their experimental methods for synthesizing peptidomimetic compounds using sustainable solvents. They first detail the formation of disulfide bonds on-resin after removing protecting groups from peptide 1, utilizing the green solvent NBP instead of the conventional DMF. The authors successfully achieved complete oxidation of free thiols in peptide 5 to form disulfide peptide 6 under these new conditions, matching the results obtained with DMF as reported in the literature.
Additionally, the authors explore the formation of 1,4-disubstituted triazoles as mimetics of disulfide bridges. They adapted previously reported methods that used toxic trifluoroethanol (TFE) by substituting it with dimethyl sulfoxide (DMSO) in a binary solvent system (NBP/DMSO, 9:1, v/v). Initial experiments with peptide 4 at 55 °C for 10 minutes yielded a 55% conversion to the desired product 10. Further optimization revealed that extending the reaction time to 30 minutes increased the conversion to 84%, while a 1-hour reaction achieved full conversion, as confirmed by HPLC and LC/MS analyses.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary research questions. The analysis revealed that the proposed model outperformed existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in accuracy and efficiency. Specifically, the model achieved an accuracy rate of $X\%$, which is $Y\%$ higher than the closest competing method. Additionally, the computational time was reduced by $Z\%$, highlighting the model’s practical applicability in real-world scenarios.
Further discussion of the results suggests that the enhancements in performance can be attributed to the novel algorithmic approaches employed, which effectively address the limitations of previous methodologies. The findings underscore the importance of integrating advanced techniques in the field, paving the way for future research to explore additional optimizations and applications of the model. Overall, the results contribute valuable insights into the ongoing discourse surrounding this area of study.
Discussion
In this section, the authors detail the methodologies for peptide synthesis and post-synthesis modifications using NBP (N-butylpyridinium) as a sustainable solvent alternative to DMF (dimethylformamide). Peptides were synthesized on a 0.3 mmol scale using Fmoc solid-phase peptide synthesis (SPPS) techniques, with specific procedures for coupling amino acids and removing protecting groups. The study highlights the successful deprotection of various cysteine protecting groups, including sec-isoamyl mercaptan (SIT), acetamidomethyl (Acm), and triphenylmethyl (Trt), under optimized conditions in NBP, achieving high conversion rates. Notably, the removal of the Dde protecting group from lysine was accomplished without affecting other protecting groups, demonstrating the orthogonality of the employed strategies.
The findings underscore NBP’s effectiveness in facilitating diverse post-linear synthesis modifications, such as disulfide bond formation and N-terminal acetylation, while adhering to principles of green chemistry. The authors report that NBP not only provides a biodegradable and non-reprotoxic alternative but also enhances reaction efficiency, thereby supporting the adoption of greener methodologies in peptide chemistry. Overall, this work establishes NBP as a practical solvent for various peptide modifications, promoting sustainable practices in the field.