Integrated Tag-assisted Continuous-flow Peptide Synthesis in Green Solvents： Circumventing Solubility Bottlenecks and Minimizing Process Mass Intensity

doi:10.7503/cjcu20260117

Abstract

Abstract:

This study reports an integrated tag-assisted continuous-flow liquid-phase peptide synthesis（CF-TAPS） platform based on a green solvent system， achieving a 3.7-fold reduction in process mass intensity（PMI） relative to the solid-phase peptide synthesis（SPPS） benchmark. The core innovation lies in a "dual-flow intensification" framework： first， a fixed-bed reactor was utilized for the efficient continuous-flow hydrogenation of the hydrophobic amino-tag carrier（BTPM）， establishing the material foundation for end-to-end automation； second， a tunable binary solvent system（EA/DMSO） was synergized with a static-mixer-incorporated tubular reactor（SMTR） to ensure robust solvation and ultrafast reaction kinetics. This modular architecture integrated automated in-line membrane separation， transforming emulsion-prone washing into a high-throughput workflow and significantly compressing cycle time for coupling（52 s） and deprotection（38 s）. The utility of this tag-based flow strategy was validated through the total synthesis of cell-penetrating peptide 5R， requiring only 1.05~1.2 mol of amino acids. Notably， the platform achieved a transformative 4-fold reduction in organic solvent consumption（OSC）， providing a sustainable paradigm for green peptide manufacturing that effectively integrates the high atom economy of liquid-phase strategies with the automated industrial scalability of continuous processes.

Key words: Continuous-flow chemistry, Liquid-phase peptide synthesis（LPPS）, Soluble tags, In-line membrane separation, Process mass intensity（PMI）

CLC Number:

O629.72

TrendMD:

YAN Yangli, LI Jinyu, QIN Shicheng, SU Xianbin. Integrated Tag-assisted Continuous-flow Peptide Synthesis in Green Solvents： Circumventing Solubility Bottlenecks and Minimizing Process Mass Intensity[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(10): 20260117.

Figures/Tables 16

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Reactor type	Entry	Solvent	Temp./℃	Flow rate， x/（mL·min^-1）	Reaction time/h	Conversion ^c （%）
Batch ^a	1	MeOH	40	—	18.0	96.54
	2	EA	40	—	22.0	95.87
	3	DCM	30	—	24.0	94.73
	4	MeOH	75	—	10.0	>99.99
	5	EA	75	—	12.0	>99.99
Fixed-bed ^b （flow）	6	DCM	30	5.0	—	Blockage ^d
	7	MeOH	40	5.0	—	Blockage ^d
	8	EA	40	5.0	8	96.29
	9	EA	75	5.0	6	>99.99
	10	MeOH	75	10.0	—	Blockage ^d
	11	EA	75	10.0	3.0	98.57
	12	EA	75	10.0	4.0	>99.99

Reactor type	Entry	Solvent	Temp./℃	Flow rate， x/（mL·min^-1）	Reaction time/h	Conversion ^c （%）
Batch ^a	1	MeOH	40	—	18.0	96.54
	2	EA	40	—	22.0	95.87
	3	DCM	30	—	24.0	94.73
	4	MeOH	75	—	10.0	>99.99
	5	EA	75	—	12.0	>99.99
Fixed-bed ^b （flow）	6	DCM	30	5.0	—	Blockage ^d
	7	MeOH	40	5.0	—	Blockage ^d
	8	EA	40	5.0	8	96.29
	9	EA	75	5.0	6	>99.99
	10	MeOH	75	10.0	—	Blockage ^d
	11	EA	75	10.0	3.0	98.57
	12	EA	75	10.0	4.0	>99.99

Operating stage	Time/h	Conversion（%）	Catalyst status
Initial stage	48	>99.99	Fresh
Steady state	120	99.45	Stable
Deactivation	150	84.59	Deactivated
Deactivation	180	75.24	Deactivated
Post⁃regeneration	180+	95.42	Regenerated

Operating stage	Time/h	Conversion（%）	Catalyst status
Initial stage	48	>99.99	Fresh
Steady state	120	99.45	Stable
Deactivation	150	84.59	Deactivated
Deactivation	180	75.24	Deactivated
Post⁃regeneration	180+	95.42	Regenerated

Parameter	Coupling module	Deprotection module	Zaiput membrane separator
Material	316 L	316 L	OB⁃900 Hydrophobic PTFE membrane
External dimension	6 mm×200 mm	6 mm×200 mm	77.0 mm×77.0 mm×29.0 mm
Volume/mL	8.67	6.27	0.45
t_R/s	52	38	2.0
Suitable temperature/℃	-25—200	-25—200	<90