酰胺结构广泛存在于药物分子、天然产物中,是有机合成核心砌块与导向基团;酰胺 C–N 键官能化在制药、生物化学领域具备极高应用需求。但酰胺 C–N 键解离能高,直接断裂难度大。
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现有酰胺选择性断裂 C–N 键转化为酯,挑战很大。传统酰胺醇解方法包括:1、氮原子预活化法,在酰胺N上引入 Boc、Ts、苯基等活化基团,需额外反应步骤与试剂,步骤经济性、原子经济性差,产生大量废弃物;2、酸碱促进醇解,仅适用于预活化酰胺或简单伯酰胺,底物适用范围窄;3、金属催化体系(Fe、Ni、Ce 等),存在重金属污染、后处理流程复杂问题,限制工业化应用;4、无金属氢键催化体系,仅能实现伯酰胺醇解,无法兼容仲、叔酰胺,普适性不足。
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2025年,Shi-Zheng Liu 等人报道了四氟硼酸(HBF4)介导、在相对温和条件下实现酰胺直接醇解的新方法。该反应操作简便,为酰胺键向酯键转化提供全新路径,且化学选择性优异。该体系可适配种类广泛的伯、仲、叔酰胺,甚至合成难度较高的硫代酰胺,均能以极高收率完成酯化转化。此外,该转化无需外加溶剂,多数产物仅通过水洗即可完成分离提纯。【Org. Chem. Front.,2025,12, 5438-5444;https://doi.org/10.1039/D5QO00603A】
DOI
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模板底物:苯甲酰胺 1a、甲醇 2a(4.0 当量),路易斯酸 1.0 当量,标准时长 4 h。
路易斯酸种类筛选:1、仅HBF4体系,室温 24% 收率;升温至 100 ℃,收率>99%;2、稀土三氟甲磺酸类路易斯酸(Sc、Bi、In、Yb),100 ℃最高仅92% 收率【Bi(CF3SO3)3】;3、GaF3完全无反应活性;4、硼系路易斯酸BF3⋅OEt2,收率 96%;不加路易斯酸无产物生成,证明路易斯酸是反应必需条件。
温度影响:HBF4体系随温度升高收率显著提升,室温(24%)→60 ℃(51%)→80 ℃(90%)→100 ℃(>99%)溶剂效应:对比 DMF、甲苯、THF 三种溶剂,加入溶剂后收率全部下降(78%、64%、76%),无溶剂体系最优;甲醇自身兼作底物与溶剂。
反应时长:缩短至 2 h,收率降至 85%,确定最优反应时间 4 h。
路易斯酸用量:1.0当量HBF4转化效果最佳。
最终最优条件:酰胺 1 当量、醇 4 当量、1.0 当量 48 wt% 水溶液HBF4,无溶剂、100 ℃、搅拌 4 h。
底物适用范围一、芳香伯酰胺
标准无溶剂条件,产物水洗即可粗提纯,各类取代苯甲酰胺均实现高收率转化。
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1)给电子取代基(对位甲基、叔丁基、甲氧基、氨基、羟基、3,4,5 - 三甲氧基):收率87%–99%;其中对甲基苯甲酰胺、对氨基苯甲酰胺收率 99%、98%。
2)吸电子取代基(Cl、F、CF3、NO2、甲酯基):收率91%–96%;氟、三氟甲基是药物、农用化学品关键官能团,该高收率合成路线具备实用价值;
3)稠环芳酰胺(2 - 萘甲酰胺)、杂芳酰胺:收率 94%–97%;
4)硫代苯甲酰胺:底物拓展至硫代酰胺,甲酯化产物收率 99%,是现有方法极少实现的底物类型。
官能团兼容性突出:氨基、酯基、羟基等活性基团不发生副反应,体现优异化学选择性。
二、脂肪族酰胺
涵盖芳烷基酰胺、直链脂肪酰胺、环烷基酰胺、含酮羰基脂肪酰胺。
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苯乙酰胺:86% 收率;普通直链脂肪酰胺94%–97%;环己甲酰胺、戊酰胺位阻影响微弱,仍得到高收率酯;含酮羰基脂肪酰胺:化学选择性专一,仅酰胺发生醇解,酮基保留,产物收率 99%。
三、醇底物拓展
以苯甲酰胺为模板,醇底物 4 当量,兼容多种醇类亲核试剂。
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1)伯醇:乙醇、正丙醇、正丁醇均可高效反应;
2)仲醇:异丙醇同样顺利发生醇解;
醇碳链长短对反应活性无明显负面影响,底物醇适用范围广。
四、 N-取代仲、叔酰胺
突破传统方法仅能处理伯酰胺的局限,各类N 取代仲酰胺、叔酰胺均高效转化为苯甲酸甲酯,收率 89%–99%。
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含吗啉环、喹啉环取代酰胺(药物分子常见骨架)收率优异;证明该体系可用于复杂药物分子中酰胺结构的修饰改造,药物合成潜力巨大。
合成实用性验证
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克级放大实验:7.0 mmol 苯甲酰胺放大反应,产物苯甲酸甲酯分离收率 96%,方法具备规模化制备潜力。
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药物分子一步合成:商用酰胺原料直接醇解,一步制备医用药物苯佐卡因,收率 95%,简化药物合成步骤。
反应机理研究
19F核磁追踪实验:单独HBF4、单独酰胺核磁信号存在明显化学位移差异;混合后氟信号高场偏移,证明HBF4与酰胺发生配位;加入甲醇后氟信号低场偏移,说明HBF4可同时与酰胺、甲醇动态配位,协同促进酰胺 C–N 键断裂;产物苯甲酸甲酯与HBF4同样存在相互作用;粗产物核磁检测到F3B−NH3中间体信号,高分辨质谱 HRMS 佐证该中间体存在。
自由基对照实验:添加 TEMPO、BHT、1,1 - 二苯乙烯自由基捕获剂,反应收率无下降,证明反应非自由基机理。分步反应机理:
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1、HBF4作为路易斯酸与酰胺氨基配位生成中间体 I,再与酰胺羰基氧配位形成中间体 II;
2、甲醇进攻中间体 II,形成三元配位复合物 III;
3、酰胺 C–N 键断裂,氨基转移至硼原子,醇氧与酰基碳形成新C–O酯键,得到中间体 IV;
4、HBF4结合氨基以F3B−NH3副产物脱离,释放目标酯产物。
实验操作
以苯甲酸甲酯 3a 合成为例:干燥 10 mL 反应管中加入 1.0 当量苯甲酰胺(0.50 mmol,60.5 mg)、4.0 当量甲醇(2.00 mmol,69.8 mg)、1.0 当量 48 wt% 水溶液HBF4(0.50 mmol,91.5 mg),无额外溶剂,搅拌磁子;100 ℃恒温搅拌 4 h;反应结束除去挥发性醇溶剂,粗产物经硅胶柱层析(石油醚 / 乙酸乙酯 = 12:1)纯化,得到苯甲酸甲酯产物;小量底物可直接水洗完成粗提纯,大幅简化分离操作。
作者开发了一套简便、实用、普适性强的酰胺酯化新方法。该方法采用廉价易得的四氟硼酸(HBF4)作为路易斯酸介导反应。该反应底物兼容性极强,可高效转化各类芳香、脂肪族伯、仲、叔酰胺(甚至硫代酰胺),以良好至优异的收率得到对应酯类化合物。
参考资料:HBF4-mediated direct alcoholysis of amides under mild conditions;Shi-Zheng Liu, Wen-Heng Liu, Yaotai Deng, Qiang Li, Ming-Yu Dou, Yu Cui and Jian-Min Dou;Org. Chem. Front.,2025,12, 5438-5444;https://doi.org/10.1039/D5QO00603A
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