Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology ontwikkelden een snelle en praktische techniek met behulp van een microstroomreactor voor de synthese van pure N-carboxy anhydriden (NCA's). Ze maakten gebruik van de voordelen van het uitvoeren van de synthese onder basische omstandigheden en vermeden de nadelen ervan door na 0,1 seconde over te schakelen naar zure omstandigheden. Deze aanpak stelde hen in staat om verschillende soorten NBA's te produceren in een schaalbare, ruimtebesparend, en minder tijdrovende mode.

De synthese van polypeptiden is in veel toepassingen van enorm belang, inclusief levensreddende medicijnen en medicijndragers. Beurtelings, de synthese van pure N-carboxy anhydriden (NCA's) is essentieel voor het primaire proces dat wordt gebruikt om polypeptiden te bereiden, dat is de polymerisatie (ketenen) van NCA's (zie figuur 1). Echter, de enige praktische methode voor het synthetiseren van NBA's werd opgericht in 1922, de Fuchs-Farthing-methode genoemd.

Deze oude maar effectieve methode heeft kennelijk zijn beperkingen. Het vereist zware zure omstandigheden en kan ongewenste ringopeningen veroorzaken in de geproduceerde NCA's. Bij deze eenstapsmethode aminozuren worden gemengd met fosgeen om de gewenste NCA's te verkrijgen, samen met HCl en CO ² , op een langzame (twee tot vijf uur) maar stabiele manier met enkele nevenreacties, die de zuiverheid van het eindproduct verminderen.

Aan de andere kant, het synthetiseren van NBA's onder basisvoorwaarden is een no go omdat, hoewel NBA's in dergelijke omstandigheden zeer snel worden gevormd, de deprotonering van hun NH-groepen zorgt ervoor dat ze polymeriseren, waardoor deze aanpak onhaalbaar wordt. Universitair hoofddocent Zekering, een lid van een team van wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology die aan dit onderwerp hebben gewerkt, legt uit:"De gewenste reactie verloopt soepel onder basische omstandigheden, maar basische omstandigheden induceren ongewenste polymerisatie van het product."

Hoe loste het team dit probleem van organische synthese op? Ze concludeerden dat ze de nodige reacties eerst in basische omstandigheden konden laten plaatsvinden (wat in minder dan 0,1 seconden gebeurt) en vervolgens de pH snel naar zuur konden veranderen om ongewenste polymerisatie te voorkomen (zie figuur 2). Deze pH-flash-omschakeling werd bereikt met behulp van het schema dat wordt getoond in figuur 3. Het team gebruikte een microstroomreactor om de aminozuren in minder dan 0,1 seconden te kunnen mengen met trifosgeen. Vervolgens, door overmatige toevoeging van trifosgeen, het geproduceerde HCl verandert de pH snel van basisch naar zuur. Eindelijk, om de zure afbraak van zuurlabiele NCA's te voorkomen, ze werden snel verdund met ethylacetaat. Met behulp van deze techniek, het team slaagde erin NCA's te synthetiseren met behulp van alle proteïnogene aminozuren en verschillende zuur-labiele niet-proteïnogene aminozuren.

NCA's zijn zeer belangrijke en onstabiele materialen, en moeten onder strikt gecontroleerde temperaturen worden opgeslagen en vervoerd. Dit heeft het gebruik ervan helaas beperkt. Echter, omdat microflow-synthese een gemakkelijk schaalbare en ruimtebesparende benadering is, de voorgestelde methode zou de weg kunnen effenen voor on-demand en on-site synthese van NBA's.