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自動合成装置についての概要、用途、原理などをご説明します。また、自動合成装置のメーカー19社一覧や企業ランキングも掲載しております。自動合成装置関連企業の2025年3月注目ランキングは1位:メトラー・トレド株式会社、2位:住友重機械工業株式会社、3位:株式会社ユニバーサル技研となっています。
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自動合成装置とは、従来手作業で行われていた様々な化学合成反応の自動化を行う装置です。
既に市販化されている主なものには、通常の液相有機合成装置・マイクロウェーブペプチド固相合成装置・フロー合成装置・CNT合成装置などがあります。開発途上のものも含めると、種類は非常に多いです。
自動合成装置は、実験室レベルでの有機化合物合成・ペプチド合成から、創薬スクリーニングにおけるパラレル合成、プロセス開発までと様々な用途で用いられている装置です。
自動合成装置の主な用途は、研究開発の現場において従来手作業であった合成反応を自動化し、省力化・効率化を行うことです。実験室においては新規反応の開発・合成反応経路の最適化検討などに用いられます。
本装置の自動化によって、再現性が向上したり、より精度の高い反応条件制御を行ったりすることが可能です。また、実験データが自動でコンピュータに記録されるため、より正確な実験記録を効率的に得られるだけでなく、正確な温度モニタリングによって試薬添加時などの熱暴走を抑制させることもできます。
放射性標識化合物自動合成装置など、一部の自動合成装置では、人間の手作業では取り扱いにくい合成反応を機械化する役割を担う側面もあります。これにより、実験者の危険物への曝露量を低下させることが可能です。
創薬スクリーニングにおいては、自動合成装置を使用することでより効率的に多数のリード化合物の調製を行うことが可能です。迅速かつ広範なスクリーニングを行うことで、効率的な創薬シーズの発見に繋がります。
化学プロセス開発においては、実験室レベルの合成をプラントスケールへスケールアップするにあたり、合成効率・安全性・コスト面などにおける多数の課題を解決する必要があります。特に、ヒートトランスファーや除熱は重要なポイントです。
自動合成装置を用いることで、反応熱量測定などの正確なモニタリングを行い、濃度・添加速度・撹拌などを機械によって自動化・効率化することができます。このように、自動合成装置はin situモニタリングを容易にし、再現性向上や効率的な条件最適化を行う目的で用いられています。
図1. 自動合成装置 (液相) のイメージ
液相合成の自動合成装置は、従来の試験管型の有機合成を機械化したものです。加熱・冷却機能のついた恒温槽に反応容器が取り付けられており、試薬添加や撹拌 (撹拌翼ないしはマグネチックスターラーなど) は機械的な制御を受けて適切な速度で行われます。
実験データは各種センサーやモニターで常時モニタリングされ、正確かつ詳細に自動的にコンピュータに記録されます。
図2. ペプチド自動合成装置のイメージ
ペプチド合成装置は、メリフィールド固相合成法によるペプチド合成をポンプを用いて機械化・自動化しています。メリフィールド固相合成法とは、N末端保護アミノ酸をレジン (樹脂) に担持し、反応容器内で脱保護・洗浄・N末端保護アミノ酸との縮合反応・洗浄のサイクルを繰り返す手法です。
1サイクルで1方向的に1残基ずつペプチドを伸長し、最後に樹脂から切断することで目的とするペプチドを得られます。 (ペプチド固相合成法の詳細は後述参照)ペプチド自動合成装置の中には反応容器にマイクロウェーブ照射を行うことのできる装置もあり、手作業で行う合成よりも反応時間を短くできる点がメリットです。
フロー合成装置は、近年活発な研究が行われているフローケミストリー (フロー法・フロー反応ともいう) を機械で制御し、自動的に行う装置です。従来の試験管型の反応をバッチ法といいますが、バッチ法では合成中間体の精製コスト・熱伝達や撹拌の効率・実験廃棄物の問題が指摘されてきました。
フロー合成装置では、試験管やフラスコの代わりにカラムやマイクロ流路を用い、ポンプで流路内に2種類以上の反応剤の溶液を流入して反応を行います。無触媒型や均一触媒型では反応後の精製操作が必要ですが、反応剤もしくは触媒などを固定化したカラムを反応容器として用いる場合には、反応後の精製操作のコストも大きく削減できます。
フローケミストリーでは、反応容器ボリュームをバッチ法よりも小さくすることができるために反応効率が高くなる他、表面面積が大きいため熱交換が早く、より精密な温度制御も可能です。
自動合成装置には前述の通り、液相合成装置・ペプチド合成装置・フロー合成装置などの種類があります。小スケールの検討を目的とした小型製品から、プロセス開発においてスケールアップ検討を行うためのパイロットプラントクラスの大型製品まで大きさもさまざまです。
その他、例えばカーボンナノチューブを合成するCNT合成装置やPETに用いる放射性医薬品を合成する放射性医薬品自動合成装置等が挙げられます。放射性医薬品自動合成装置では、サイクロトロンから生成される [18F] フッ化物および各前駆化合物から放射性医薬品を自動的に合成、精製し、PET 用放射性注射液を製造します。
図3. Fmoc法の概要 (上) とFmoc基の除去反応 (下)
ペプチド固相合成法はN末端の保護に用いる保護基によって主に2種類に分かれており、tBoc法とFmoc法があります。tBoc法では、主にTFA (トリフルオロ酢酸) を用いる酸性条件で脱保護を行います。
一方、Fmoc法は塩基性条件で脱保護を行い、主にピペリジンを用いる方法です。近年ではFmoc法の方が主流です。最後に樹脂から切り出す条件が酸性であるためtBoc法の方が副反応が起こりやすいと考えられること、Fmoc法の副生成物は溶媒 (DCM(ジクロロメタン) またはDMF (ジメチルホルムアミド)) によって容易に除去できること、などが理由と考えられます。
参考文献
https://www.mt.com/jp/
http://dfc-kyoto.co.jp/flow/
https://m-hub.jp/chemical/873/principle-and-method-of-solid-phase-peptide-synthesis
*一部商社などの取扱い企業なども含みます。
| 順位 | 会社名 | クリックシェア |
|---|---|---|
| 1 | メトラー・トレド株式会社 |
15.4%
|
| 2 | 住友重機械工業株式会社 |
15.4%
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| 3 | 株式会社ユニバーサル技研 |
11.5%
|
| 4 | 株式会社スクラム |
11.5%
|
| 5 | 和研薬株式会社 |
11.5%
|
| 6 | ヤマト科学株式会社 |
7.7%
|
| 7 | 株式会社薬研社 |
7.7%
|
| 8 | 株式会社アイテック |
3.8%
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| 9 | 株式会社マイクロフェーズ |
3.8%
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| 10 | 株式会社CMI |
3.8%
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