多肽合成试剂行业发展情况和未来发展趋势
思瀚产业研究院 昊帆生物    2023-07-10

（1）多肽合成试剂在酰胺键合成中发挥至关重要作用

1）酰胺键及其应用

酰胺键广泛存在于自然界与人工合成的化合物中，其不但是自然界中最重要的化学键之一，也是有机合成化学中最基本的化学键之一。酰胺键亦是多肽药物、众多小分子化学药物的基本结构，是维持药物分子骨架、保持药物活性必不可少的基础单元。据统计，约有四分之一的上市药物和三分之二的候选药物含有酰胺键2，同时酰胺键的形成反应是药物合成过程中应用最为广泛的有机化学反应。

2）酰胺键合成的传统方法

①高温加热的方法合成酰胺键

酰胺键（-CO-NH-）是一分子羧酸中的羧基（-COOH）与另一分子中的氨基（-NH2）经过脱水缩合反应而形成的化学键。合成酰胺键最理想的方法是羧酸和胺直接缩合，同时产生唯一的副产物水。

然而，这种理想的方法并不可行，因为这样进行时会得到羧酸质子迁移至胺上，形成稳定的羧酸根铵盐；而且只有在高温或微波照射等较强反应条件下，才有可能发生上述缩合反应形成酰胺键，并且新形成的酰胺键极易受到水解反应的影响，重新形成羧酸铵根盐。

但高温或微波照射等较强反应条件往往不适合于有机合成、药物制备，因为高温以及微波照射条件有可能会破坏氨基官能团的分子结构，使其失去原本的功能，因此，该种方法在有机合成、药物制备领域早已不被使用。

②通过形成活性中间体合成酰胺键

理论上，可以利用化学合成方法通过活化氨基与羧基反应生成酰胺键或者通过活化羧基与氨基进行反应形成酰胺键。但由于氨基太活泼，更容易与活化后的羧基进行反应，因此保护氨基、活化羧基形成酰胺键是应用最为广泛的方法之一，该方法的基本原理为将羧基上的-OH 转化成良好的离去基团，然后再和胺作用形成酰胺键，离去基团可以是酰卤化物、酰基叠氮物、活性脂、酸酐等。

A：酰卤法

将羧酸转化成相应的酰卤，再与胺反应是酰胺键合成最古老的方法之一。该方法反应速率很快，即使对那些位阻较大的底物，也能获得比较好的反应效果。但本方法会产生氯化氢，容易破坏底物中对酸敏感的基团，且由于酰氯十分活泼甚至“活性过强”，容易发生很多副反应，易消旋，因此，这种合成酰胺键的方法目前很少被应用。

B：酰基叠氮法

用羧酸衍生的酰基叠氮物与胺反应形成酰胺键应用较早，该方法最大的优点是生成的产物消旋化程度较小且对水及其他亲核试剂较为稳定，且能在液相法中用于大片段的合成，十分温和。但酰基叠氮反应活性低，对于位阻大且亲核性低的胺并不适用，且酰基叠氮中间体不稳定、产生的叠氮酸有毒、制备步骤繁琐，也因为这些缺点，酰基叠氮物形成酰胺键被其他方式替代，应用越来越少。

C：活性酯法

活性酯法形成酰胺键是最常用的方法之一，该方法的优点在于能分离纯化得到结晶的纯品，而且比较稳定，能够放置保存，当其与胺发生反应的时候又可以保证足够的活性，可选择性的和胺结合，产生较少的副反应。但传统的活性酯法需要预先制备活性酯，且需要大批量生产，存在价格高、速率低等缺点。

当前广泛使用的缩合剂如碳二亚胺型缩合剂、磷正离子型缩合剂、脲正离子型缩合剂等都是通过生成活性酯来形成酰胺键，相比传统的活性酯法需要预先制备或购买活性酯，再胺解得到酰胺键，使用缩合剂后，缩合剂可以在反应中直接生成活性酯，可以大批量制作酰胺键，副产物更少，同时产率和反应速率均到了大幅度提升。

D：酸酐法

酸酐法包括混合酸酐法和对称酸酐法，该方法通过将羧基制备成高活性对称/混合酸酐，酸酐制备好后，直接和胺进行缩合反应生成肽。酸酐法的优点是方法简单、反应速度快、比较容易得到高纯度的肽。但由于混合酸酐的活性很高，极不稳定，因此对反应条件要求较高，需要在低温、无水条件下进行，且生成产物易消旋化。且当混合酸酐同氨基组分反应时，除去所需要的正常产物外，还可能有第二酰化产物的生成。

3）多肽合成试剂在酰胺键合成中发挥至关重要作用

得益于 1955 年首个碳二亚胺型缩合试剂 DCC 的出现和应用，合成酰胺键不再需要预先制备活性中间体，使用 DCC 可在反应中直接生成活性中间体，再和胺作用从而形成酰胺键。

综上，因缩合试剂介导的酰胺键形成方法不需预先制备酰卤、酸酐和活化酯等羧酸活化中间体，不仅简化了合成步骤，而且可以有效避免高活性中间体分离纯化以及存放过程中产生的一些副反应，具有反应方便、绿色环保、产物纯度高等优点。

（2）多肽合成试剂的发展历史与主流产品

1）多肽合成试剂的发展历史

从 1955 年首个碳二亚胺型缩合试剂 DCC 的出现和应用，多肽合成试剂的发展实现了三次重大突破。第一次突破是 HOBt 等添加剂的发现，该类添加剂较大程度减少了消旋，提升了反应速率。同时，此类添加剂的出现也让各离子型缩合试剂有了突飞猛进的发展。但 HOBt 对于有空间阻位的氨基酸合成效果并不理想，因此基于 HOAt 的卤代离子型缩合试剂的发现是多肽合成试剂发展历程中的第二次飞跃。

然而，虽然卤代离子型缩合试剂适合有空间阻位的氨基酸合成，但进行片段缩合时，产物伴有较大程度的消旋，并且对于羧基组份为叔丁氧羰基保护的氨基酸的缩合反应产物的收率较低。

此外，基于 HOAt 的缩合试剂价格相对昂贵，因此，衍生自 Oxyma 缩合试剂的发现是多肽合成试剂发展历程中的另一项里程碑，其绿色环保、不会存在爆炸风险、副产物毒性小、有较好的溶解性和稳定性、原料廉价易得且有不错的产率和抑制消旋的能力，被美国化学学会（ACS）绿色化学研究所制药圆桌会议（GCIPR）评为更绿色的缩合试剂1。多肽合成试剂的迭代如下：

①第一代多肽合成试剂

以 DCC、DIC、EDC 为代表的碳二亚胺型缩合试剂是发展最早、最常用的缩合试剂，具有反应条件温和、产率高、选择性好、价格便宜的优点。

②第二代多肽合成试剂

碳二亚胺型缩合试剂单独使用缩合效率不高，容易产生严重的消旋，直到手性消旋抑制试剂（添加剂）的出现，才提高了产率、抑制了消旋，拓展了碳二亚胺型缩合试剂的应用范围。

第一个出现的手性消旋抑制试剂（添加剂）是 HOBt，HOBt 不仅有效抑制了消旋、提升了反应速率、拓展了碳二亚胺型缩合试剂的应用范围，更重要的是，由于 HOBt 的发现，使曾经失败的离子型缩合试剂得以发展。

最早出现的离子型缩合试剂是 CloP，由于其性能较差、产物消旋较大，或操作较复杂而未被广泛使用，但 HOBt 的出现扭转了这一局面，基于 HOBt 对 CloP 改造，得到的第一个广泛应用的磷正离子缩合剂 BOP，BOP 具有使用简便、显著提高缩合反应速率等特点，快速被广泛用于酰胺键合成中。后来发展的可以改善 BOP 副产物具致癌毒性的弱点的 PyBOP 以及脲正离子缩合剂 HBTU，由于成本低、性能优异，得到了广泛的应用。

③第三代多肽合成试剂

基于 HOBt 的缩合试剂对空间阻位大的氨基酸合成产物的收率低并伴有较大程度的消旋，直到基于 HOAt 的离子型缩合试剂和卤代离子型缩合试剂的出现，才改善了这一状况。以 HOBt 和 HOAt 衍生出来的鎓盐类缩合剂（以磷正离子型缩合试剂和脲正离子型缩合剂为代表），无论在反应活性，还是在产物的收率和纯度方面性能都优于其他类型缩合剂。

④第四代多肽合成试剂

虽然 HOBt、HOAt 有良好的反应效果，但 HOBt、HOAt 及其衍生物存在爆炸风险，且部分衍生物的副产物具有致癌性和呼吸毒性。而基于 Oxyma 发展出的磷正离子缩合试剂PyOxP 、PyOxB及脲正离子型缩合试剂TOMBU、COMBU、COMU 可通过一锅法成功合成，具有合成快速、方便简单、有较好的稳定性和溶解性，抑制消旋效果较好等特点。

综上，第一代为碳二亚胺型缩合试剂，第二代至第四代分别为基于 HOBt、HOAt 和 Oxyma 生产的离子型缩合试剂。

HOBt、HOAt 和 Oxyma 等添加剂的出现，不仅优化了第一代缩合试剂产品的性能，而且带动了磷正离子型和脲正离子型缩合试剂的发展。缩合试剂发展至今已成功开发了第四代产品，新一代缩合试剂通常在产物消旋程度、反应收率、后处理简便性、操作安全性等方面表现更佳。

在多肽合成试剂的发展过程中涌现了一批代表性企业，当前大多数国内企业仍然以最早的碳二亚胺型缩合试剂的生产为主，国外企业中，每家的发展侧重点不同，像昊帆生物这类拥有四代多肽合成试剂产品并聚焦于鎓盐类缩合试剂和新型多肽合成试剂开发的专业型多肽合成试剂企业屈指可数。

2）多肽合成试剂的主流产品

缩合试剂根据其分子结构可以分为碳二亚胺型、磷正离子型、脲正离子型和其他类的缩合剂。其中以碳二亚胺型、磷正离子型以及脲正离子型缩合试剂影响较大、应用较为广泛1。碳二亚胺型是发展最早、最常用的缩合试剂，脲正离子和磷正离子型缩合试剂性能最佳，无论是反应活性，还是产物的收率和光学纯度方面都优于其他类型的缩合剂。

①碳二亚胺型缩合试剂

以 DCC 为代表的碳二亚胺型缩合试剂在 1955 年被开发后，一直在多肽合成中发挥着重要作用，它是酯化、酰胺化等反应常用的一种脱水剂，反应条件温和，合成收率通常较高。但应用 DCC 进行缩合反应时，由于生成的 N，N'-二环己基脲（DCU）在溶液 DMF 中溶解度很小，使得洗涤困难，为此化学家们在 DCC结构上进行了一些改进，发展了生成水溶性反应副产物的碳二亚胺型缩合试剂，如 DIC、EDC·HCl 等。

碳二亚胺型缩合试剂由于价格相对便宜，因而特别适用于多肽的大规模制备。而由于碳二亚胺型缩合试剂的活性很高，若单独使用，会导致产物的消旋化程度较大，为此需要加入 HOBt、HOAt 等手性消旋抑制试剂抑制产物的消旋，DCC-HOBt 复合缩合试剂已经成为目前应用广泛的缩合方法之一。

②磷正离子型缩合试剂

1975 年 Castro 设计并合成基于 HOBt 的磷正离子型缩合试剂 BOP，BOP 不仅使用简便，而且能显著提高缩合反应速率，但 BOP 在多肽合成中生成的副产物六甲基磷酰胺具致癌毒性，为此后来又发展出了副产物毒性低、反应活性相对更高的缩合试剂 PyBOP，并已实现商品化。

基于 HOBt 的磷正离子型缩合试剂在含普通氨基酸的多肽合成中表现出优异的性能，但在有空间位阻的多肽合成中结果却不令人满意，产物的收率低并伴有较大程度的消旋。而后来发展起来的基于 HOAt 的磷正离子和卤代磷正离子型缩合试剂满足了这一要求，例如 AOP、PyAOP、BrOP、PyClOP、PyBrOP 等，不足的是这些基于 HOAt 的试剂价格昂贵不适于多肽的大规模制备。

③脲正离子型缩合试剂

自 1978 年 Dourtoglou 成功地将基于 HOBt 的脲正离子型 HBTU 用于多肽合成中以来，脲正离子型缩合试剂得到了迅速的发展，并开发出了一系列基于 HOBt、HOAt、HOOBT 等的脲正离子型缩合试剂。

脲正离子型缩合试剂在多肽合成中均表现出较好的性能，具有反应速度快，产物消旋小、收率高等诸多优点，特别是基于 HOAt 的脲正离子型缩合试剂可有效地促进有空间位阻的酰胺键的形成。但脲正离子型缩合试剂在多肽合成中，易与氨基组分反应生成相应的胍衍生物，这一副反应会在一定程度上影响环肽合成及片段缩合的产品纯度。

④其他类型的缩合试剂

除上述三类缩合试剂外，一些其他类型的缩合试剂在多肽合成中也有一定程度的应用，其中有代表性的产品主要有：BOP-Cl、FDP、FDPP、EEDQ 等。其中 BOP-Cl 可以高效地促进有空间位阻的酰胺键的形成，且产物消旋较小，但BOP-Cl 会与游离的氨基酸反应，特别是当氨基酸组份是伯胺时，不能通过一锅法制备多肽。

FDP 和 FDPP 都是五氟苯酚衍生物的试剂，在多肽合成中具有产物收率高，后处理简单的优点，但不适于有空间位阻多肽的合成，FDPP 特别适用于环肽的合成。EEDQ 是一经典的缩合试剂，它主要是通过形成混合酸酐中间体促进多肽的合成，不足的是产物的消旋较大。

昊帆生物现有包括碳二亚胺型、磷正离子型以及脲正离子型等全系列的多肽合成试剂 100 余个细分品种，可根据下游客户酸胺缩合反应的特点为其提供不同种类的多肽合成试剂产品，并致力于设计、合成反应条件更温和、反应活性更高、后处理更方便的新型多肽合成试剂。

（3）多肽合成试剂行业的发展趋势

1）行业集中度提升，行业整合加速

酰胺键的合成在生物医药的研发与生产环节是一项既常见又十分具有挑战性的工作。由于原料酸和胺结构的多样性和复杂性，单一系列的多肽合成试剂难以满足不同客户对其特定药物研发和生产的要求，因而全系列多肽合成试剂库的构建是解决上述问题的有效方案。而多肽合成试剂行业内，受产线布局、成本控制、业务拓展等多重因素的影响，行业内多数生产厂商仅涉及某几种多肽合成试剂产品的研发与生产，行业内企业规模普遍较小，难以形成规模效应与品牌优势。

行业内像昊帆生物这类能够提供全系列多肽合成试剂研发与产业化的优势企业通过多年的技术积累和规模效应，建立起了较高的行业壁垒，将通过行业整合方式进一步巩固领先优势，从而迎来更大的市场机遇，提高主要产品市场占有率。

2）新型多肽合成试剂将陆续推出

没有任何一种多肽合成试剂可以适用于所有的酸胺缩合反应，且随着多肽药物研发的不断深入以及新型化学药物结构研发的推进，新型、高效多肽合成试剂将陆续推出。其中，高反应活性和差向异构化控制能力、新型低毒、低爆炸风险离去基团衍生化、聚合物支载型等新型多肽合成试剂将具有良好的市场前景。昊帆生物自主开发的专利技术“一种树脂型酰胺合成试剂及其制备方法与应用”，用于生产具有树脂特性的缩合试剂，极大地简化了反应的后处理，此类新型缩合试剂推出后预计将会迎来广阔的市场空间。

（4）多肽合成试剂行业竞争格局

自 1955 年第一代碳二亚胺型缩合试剂 DCC 被首次报道以来，已有 200 余种多肽合成试剂产品被开发出来。作为多肽药物、小分子化学药物合成中，在构建酰胺键时发挥重要作用的专用化学试剂，多肽合成试剂因其能够有效提高反应活性、产品纯度和产物收率以及保持药物的手性结构而受到有机化学合成领域的青睐。

然而，由于原料酸和胺结构的多样性和复杂性，单一系列的多肽合成试剂产品难以满足不同客户对其特定药物研发和生产的要求，因而像昊帆生物这种具备全系列多肽合成试剂产品生产能力的厂商更利于为下游客户提供全面的产品和服务。

受产线布局、成本控制、业务拓展等多重因素的影响，行业内专注于多肽合成试剂产品细分领域的企业屈指可数，多数厂商仅涉及特定几种多肽合成试剂产品的研发与生产。行业内企业根据其业务模式主要有两大类：1）专业型企业，该类企业又可分为两组：一是多肽合成试剂产品系列齐全、供应稳定的企业，具有代表性的企业为昊帆生物；二是品种数量不多但精尖的企业，具有代表性的企业为 Iris Biotech GmbH。2）综合型企业，该类企业亦可分为两组：①拥有品种丰富的多肽合成试剂产品，但该业务仅是其业务发展的一个板块，并非其主营业务，代表性企业为 MilliporeSigma 等；②只有一款/数款产品，代表性企业为常州吉恩药业有限公司等。

具体而言，国际市场方面，MilliporeSigma 旗下的 Novabiochem®品牌为市场提供了以 PyBOP 为代表的数种多肽合成试剂；Iris Biotech GmbH 致力于多肽合成试剂的开发和供应，主要品种有Oyma-B、BOP、OxymaPure、PyOxim、DCC、DEPBT、DIC、EDC·HCl 等 30 余种；AMRI Global 主要从事酸酐类多肽合成试剂的研发、生产与销售。

国内市场方面，主要厂商亦仅从事个别系列多肽合成试剂产品的生产，如浙江普康化工有限公司、山东汇海医药化工有限公司、淄博天堂山化工有限公司、黄冈鲁班药业股份有限公司等主要从事碳二亚胺类缩合试剂的研发与生产；常州吉恩药业有限公司、宁夏金象医药化工有限公司主要从事保护试剂的研发与生产；常州市湖滨医药原料有限公司和浙江野风药业股份有限公司主要从事手性消旋抑制试剂的研发与生产；昊帆生物现有覆盖第一代到第四代的种类齐全的多肽合成试剂产品，可根据下游客户酸胺缩合反应的特点为其精准提供其所需的多肽合成试剂产品，已成为了多肽合成试剂行业的优选品牌。