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【J. Am. Chem. Soc.】二氯甲烷作为缩合剂,制备酰胺!收率高达92%,放大至20g!

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酰胺键依靠N-C=O的共振稳定效应与强氢键作用,在生命科学、材料化学中占据核心地位,广泛存在于多肽、药物、天然产物、高分子当中。理想的酰胺合成是羧酸与胺直接缩合,副产物仅为水;但羧酸与胺之间易发生酸碱质子转移,生成无反应活性的羧酸铵盐,阻碍缩合。


现有合成路线具有诸多局限:1、直接高温 / 微波脱水,条件苛刻,不适合大规模生产。2、酰氯法(SOCl2、草酰氯),试剂腐蚀性、毒性大,释放有害气体。 3、过渡金属催化酰化,存在金属残留风险。4、酶催化选择性好,但成本高、底物受限。5、硼酸类有机催化无金属,但底物范围窄、官能团耐受性有限,部分试剂价格昂贵或不易获取。


传统当量偶联试剂(DCC、EDC、HATU、PyBOP 等):虽广泛用于实验室酰胺键构建,但各自存在成本高、稳定性差、毒性大、产生大量副产物废弃物的缺点。


近期, Nithin Pootheri等人报道常用溶剂二氯甲烷可以作为高效偶联试剂,实现羧酸与胺直接构建酰胺键。在温和碱性与加热条件下,二氯甲烷原位和羧酸反应生成活性中间体,底物适用范围广,最高收率可达 92%,且仅生成环境友好的副产物。该反应可以放大规模(100 mmol 规模,产物超过 20 g),手性原料的立体化学完整性基本得到保留。机理研究支持经过氯甲基酯中间体的SN2‑酰基取代反应路径。本工作重新利用一种随处可见的溶剂,发掘其尚未被充分认识的反应活性,建立了一种实用且环境友好的酰胺合成策略。 【J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 8733–28741; https://doi.org/10.1021/jacs.6c05971 】


反应条件优化

以苯甲酸与苄胺为模型底物, 标准条件:苯甲酸 1.0 mmol,苄胺 2.0 mmol,Na2CO3 1.5 当量,CH2Cl2 3.0 当量,DMSO 作溶剂,80 ℃反应 12 h,分离收率 79%。


二氯甲烷用量:1.0、2.0、5.0 当量对应收率 31%、61%、79%,至少需要 3 当量二氯甲烷;将二氯甲烷和 DMSO 作为共溶剂,体积比 1:9 时收率 78%,继续提高二氯甲烷占比,收率下降;单独以二氯甲烷作溶剂仅检测到痕量产物,只使用 DMSO 不加二氯甲烷完全无产物,证明二氯甲烷是必需反应物,不能仅作为溶剂使用。

溶剂筛选:MeOH、THF、乙腈、甲苯均得不到产物;DMF、DMA、NMP 仅得到中等偏低收率(28%、38%、71%),DMSO 效果最优,和溶剂极性、碱的溶解性能相关。

碱筛选:碳酸盐、磷酸盐类无机碱对比,碳酸钠综合效果最优;DBU、三乙胺、吡啶、DABCO 等有机碱收率显著下降(10%‑42%)。

胺投料量:苄胺降至 1.0、1.5 当量,收率分别下降至 39%、55%,需要 2 当量胺保证转化并抑制副反应。

时间温度:6 h 收率 61%,16 h 收率 79%;60 ℃收率 40%,100 ℃收率 61%;80 ℃、12 h 为最优参数。

自由基抑制剂实验:加入 TEMPO 或者 DPE,收率依旧 79%,排除自由基机理,支持离子型SN2酰基取代机理。

羧酸底物适用范围 筛选亲电组分,亲核组分固定苄胺。


芳基羧酸: 芳环连给电子取代基(间 / 对位甲基、对位叔丁基、甲氧基、甲硫基、二苯基膦),收率 61%‑78%;2‑萘甲酸、4‑联苯甲酸、9‑芴酮‑2‑甲酸,收率 63%‑72%。

芳环对位卤素、三氟甲基等吸电子基团,标准条件收率有限;改用CH2Cl2/DMSO混合溶剂,收率提升至 70%‑85%。

位阻效应:均三甲苯甲酸完全不反应;邻甲基苯甲酸收率仅 36%;但邻甲氧基、邻氟苯甲酸仍可以得到高收率产物,分别为 81%、75%。

强吸电子基团(氰基、硝基、乙酰基、甲酰基、酯基、砜、磺酰胺),标准条件收率 39%‑66%;共溶剂条件提升到 56%‑86%;底物中醛酮亲电羰基、磺酰胺 N‑H 质子不干扰偶联,官能团兼容性良好。


杂芳羧酸:2‑呋喃甲酸、2‑噻吩甲酸、2‑吡啶甲酸、2‑喹啉甲酸,收率分别 61%、65%、53%、87%;1H‑吲哚‑3‑甲酸收率仅 20%。

烯基、炔基羧酸: α,β‑不饱和烯酸标准条件收率偏低,采用二氯甲烷‑DMSO 共溶剂可以改善;苯丙炔酸收率 31%,2‑己炔酸收率高达 88%。

脂肪族羧酸: 伯、仲烷基取代脂肪酸收率 74%‑91%;大位阻叔羧酸新戊酸收率下降。

手性氨基酸底物:(R)‑2‑苯基丙酸,72% 收率,构型完全保留;N‑Boc 保护甘氨酸、苯丙氨酸,和苄胺偶联收率 88%‑93%,对映过量 > 99%;但 N‑Boc‑L‑苯甘氨酸发生部分消旋,产物 ee 仅 45%;α,α‑二取代 Boc 氨基酸收率 40%、45%。总体该条件大多可以保留手性,但对于 α 位酸性较强底物会发生部分差向异构化,同时和经典 HATU 体系做了对照。

复杂药物分子后期修饰: 丙磺舒、贝沙罗汀、阿他卢仑、阿达帕林,与苄胺偶联得到酰胺产物,收率 70%‑86%,证明可以兼容高度多官能团复杂分子,实现后期酰胺化衍生。

胺类底物适用范围 筛选亲核组分,羧酸固定苯甲酸。


对位取代苄胺:甲基、氰基、氟、羟基、氨基得到中等至良好收率;反应可以区分酚羟基、苯胺氨基,优先和伯烷基胺反应;邻甲氧基苄胺收率 51%;杂环甲基胺(3‑吡啶甲胺、2‑噻吩甲胺)收率 61%、58%。

脂肪伯胺:正己胺收率 91%;含甲氧基、二乙氨基、羟基的乙胺衍生物收率均超过 60%;仲烷基取代伯胺收率 69%‑72%;烯丙胺 73%;炔丙胺收率低。大位阻伯胺(叔丁胺、1‑金刚烷胺)即使使用共溶剂条件,收率仅 22%、26%,受空间位阻显著影响。

仲胺:整体活性低于伯胺;环状仲胺优于链状仲胺。

药物分子合成:普鲁卡因胺收率 92%,吗氯贝胺收率 76%;阿他卢仑和甘氨酸叔丁酯偶联收率 72%。手性伯胺偶联,手性完全保留。

氨基酸酯底物:α,α‑二取代 Boc 甘氨酸和缬氨酸苄酯偶联粗产物收率 25‑28%,但是副产物和产物 TLC 共迁移,色谱分离困难,实际纯品分离收率仅 5‑7%;N‑Boc‑L‑苯甘氨酸和甘氨酸叔丁酯偶联,产物 ee 降至 20%;而 Boc‑L‑苯丙氨酸衍生物则无检测到消旋,收率 87‑89%。


伯酰胺合成: 以碳酸氢铵替代有机胺,羧酸一步转化为伯酰胺。苯甲酸得到苯甲酰胺收率 64%;一系列羧酸转化伯酰胺收率 53‑75%。虽然收率中等,但无需酰氯或者传统偶联试剂,条件温和,是制备伯酰胺的可行路径。

拓展至亚磺酰胺合成


对甲苯磺酸与苄胺反应,无法得到磺酰胺;亚磺酸钠盐可以发生反应得到亚磺酰胺,但整体效率偏低:对甲苯亚磺酸钠与苄胺、正丁胺产物收率 19%、21%;吡咯烷(仲胺)产物 9%;使用碳酸铵作为亲核试剂无产物生成。

放大规模实验


20 mmol 规模:3‑苯基丙酸 3.0 g 和苄胺反应,得到酰胺产物 4.31 g,效率良好 (90%)。

100 mmol 规模: 合成吗氯贝胺,收率75%,产物纯度 > 99%,无需色谱纯化,仅通过结晶就可以分离;仅需要简单水相后处理除去无害副产物,具备工业化潜力。

机理研究

控制实验、氘代标记、中间体分离、NMR 时间‑进程监控用于解析机理。


苯甲酸在碳酸钠、二氯甲烷 / DMSO 条件下,可以高收率(90%)得到亚甲基二苯甲酸酯中间体 A;使用CD2Cl2,得到氘代的A‑d2,证明中间体的亚甲基单元直接来自二氯甲烷分子本身。


将分离得到中间体 A 和苄胺在无碱 DMSO、80 ℃反应:不加二氯甲烷时酰胺收率 90%,同时生成苯甲酸(82%)与 N‑苄基甲亚胺 B(80%);加入 3 当量二氯甲烷时,酰胺收率可达 140%,几乎不产生苯甲酸,B 收率 95%。说明无外加二氯甲烷时 A 分子只有一个酰基可以转移给胺,另一半水解回到羧酸;存在二氯甲烷时两个酰基均可被利用;甲亚胺 B 来自中间体分解,甲醛单元源自二氯甲烷。


关键瞬时中间体氯甲基苯甲酸酯 C无法从反应液分离,但可以独立制备;在无碱条件下直接和苄胺反应,酰胺收率 83%,证实氯甲基酯 C 是有效的酰基转移物种。


肉桂酸体系可以检测得到少量(1%)氯甲基肉桂酸酯 C’以及亚甲基二酯 A’,不需要镍等过渡金属,混合溶剂体系是实现该转化关键;二溴甲烷、二碘甲烷替代二氯甲烷,产物收率仅 36%、15%,二氯甲烷是最优亚甲基卤代物。


NMR 时间曲线:DBU 作碱开展原位核磁监测。亚甲基二酯 A 会累积,是 “储存池型中间体”;氯甲基酯 C 始终维持很低浓度(不超过 2%),不会积累,是高活性瞬时中间体;主要酰基转移路径是 C(氯甲基酯)和胺的反应,A 作为储备可以缓慢转化生成 C,补充反应循环。


反应机理: 1、 碱使羧酸脱质子生成羧酸根;2、羧酸根经SN2进攻二氯甲烷得到氯甲基酯 C;3、C 被胺氨解直接生成酰胺(主路径);4、同时 C 也会被另一分子羧酸根进攻生成亚甲基二酯 A;A 同样可以氨解给出酰胺,分解释放出羧酸根与甲醛,甲醛再与胺缩合得到甲亚胺 B;再生羧酸根继续参与循环。

作者开发了一种利用二氯甲烷充当偶联试剂构建酰胺键的全新方法。该方法在温和条件实现羧酸和胺直接偶联,不需要传统偶联试剂或者外加催化剂。该方法仅使用常见溶剂与碱,操作简便,效率高,底物适用范围广,相比于经典酰胺合成技术取得显著进步。该方法产生废弃物少,试剂廉价易得,符合绿色化学原则,同时可以进行放大制备。

参考资料:Reappraising Dichloromethane: Uncovering a Hidden Coupling Reagent for Activating Carboxylic Acids in Direct Amide Synthesis;Nithin Pootheri, Abbas Haruna Umar, and Sunwoo Lee*;J. Am. Chem. Soc.2026, 148, 8733–28741;

https://doi.org/10.1021/jacs.6c05971


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