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酰胺键构建是药物化学最常用的有机转化之一。传统酰胺合成依赖化学计量偶联试剂,存在原子经济性差、环境问题、毒性,部分肽偶联试剂还具备致敏风险。邻位取代硼酸作为直接酰胺化反应催化剂展现出巨大应用潜力,硼酸类催化剂条件温和、更加绿色安全。
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近期,Veera K. Bruce-Salmenkivi等人利用商品化可得的邻‑氨基苯基硼酸,(2‑(哌啶‑1‑基) 苯基) 硼酸(2‑PPBA,3u),用作胺与羧酸直接缩合的催化剂,可实现多种羧酸与胺底物转化得到酰胺产物。此方法底物适用性广,芳香 / 脂肪羧酸、各类胺均可反应,部分产物实现定量收率;操作简便,不需要活化分子筛;对于氨基酰胺底物消旋抑制效果较好;二肽合成可以得到产物,但收率与非对映纯度参差不齐。【ACS Org. Inorg. Au 2026, 6, 422−429;https://doi.org/10.1021/acsorginorgau.6c00021】
条件优化
模型反应用苯甲酸 (1i) 与苄胺 (2a),以噻蒽‑1‑基硼酸(3a)做催化剂,LC‑MS 定量(内标:1,3,5‑三甲氧基苯)。
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催化剂及底物当量筛选:初始 10 mol% 催化剂,甲苯 130 ℃,羧酸 1.1 当量,7 h 收率 69%;提升催化剂至 15 mol%,收率升至 78%;催化剂 15 mol%,羧酸增加至 1.25 当量,反应 10 h,收率 80%。
温度筛选:130 ℃铝块加热温度反应效率最佳;温度下降,收率明显跌落:120 ℃ 70%;115 ℃55%;110 ℃仅 2%。
溶剂筛选:DMSO、苯甲醚完全无产物;二甲苯收率 51%;邻二氯苯 47%;甲苯表现最优。
对照实验:向 3a 催化体系额外加入 50 mol% 水,反应进程几乎不变,说明回流条件下少量水不会抑制催化活性。
硼酸催化剂筛选
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条件:15 mol% 催化剂,甲苯,130 ℃,底物 1i 与 2a,反应 7 h,LC‑MS 跟踪。
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含硫、氧取代硼酸(3c‑3f),只有 3c 得到 84% 较好收率;杂环硼酸(3g‑3k)整体活性中等,转化率≤52%。
邻位氨基取代苯基硼酸系列: 啉取代 (3o)、4‑甲基哌嗪取代 (3q) 最高 80% 收率; 哌啶取代 3u(2‑PPBA)将产物 4o 收率提升至 94%; 吡咯烷基取代 (3r) 活性无进一步提升;氮与芳环之间增加亚甲基(3n)收率跌至 52%;间位给电子 (3t,70%)、间位吸电子 (3p,61%) 均显著降低活性;大位阻 2,2,6,6‑四甲基哌啶取代 (3s) 收率 66%。
重新对 3u 优化条件:催化剂可以降低到10 mol%,速率、收率不变;羧酸降回 1.1 当量,收率下降至 79%,故保留 1.25 当量羧酸;先混合羧酸与催化剂数分钟,再加入胺,提升可重复性;浓度提升至 0.5 M 甲苯,得到接近定量收率 99%(产物 4o)。
底物普适性
标准条件:10 mol% 3u,甲苯 0.5 M,铝块 130 ℃,反应 6‑21 h;部分 1 g 规模使用分水装置。脂肪羧酸整体活性高于芳香羧酸。
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脂肪羧酸:环己烷甲酸产物收率 76%,环戊基甲酸产物达到定量收率;脂肪链羧酸、仲胺底物耐受良好;手性 α‑芳基乙酸和苄胺反应产物收率 94%,但对映比 er 仅 82:18;
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芳香羧酸:芳环对位 Cl、CF₃等吸电子取代苯甲酸几乎定量转化;对位、邻位甲氧基给电子取代得到 75% 收率;
苯胺(2j)可以兼容得到产物收率 86%;2‑氨基吡啶缩合产物 71%;环己胺仅 46% 收率;Boc 保护胺基团底物可以兼容;
含氮杂环羧酸:N‑苄基皮考林酰胺定量收率;N‑苄基吲哚‑2‑甲酰胺 67%;
放大实验:苯乙酸与 1‑苄基哌嗪缩合制备4i,6.61 mmol(1 g)规模,分水器除水,产物实现定量收率,证明该方法具备制备应用潜力。
受保护氨基酸底物与二肽合成
实验评估消旋风险,制备消旋参比样品。
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简单保护氨基酸与普通胺偶联:Boc‑L‑脯氨酸 (1s) 表现优异,产物 4af 收率 99% er>99:1;4ah 收率 92% dr>99:1;4ai 收率 61% er97:3。Boc‑D‑Phe 和苄胺,收率 99% er95:5。该类反应在回流条件下消旋程度很低。但仲胺参与时转化率下降,部分氨基酰胺产物出现明显消旋(4ai 61%;4al 54%;4am57%)。
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二肽合成(氨基酸 + 氨基酸酯): 使用 3u 催化合成二肽普遍存在:中等‑偏低收率,同时发生明显 C‑端氨基酸酯消旋。 作者推测消旋发生在缩合之前,来源于游离氨基酸酯,不是恶唑酮途径;LC‑MS 没有检测恶唑啉中间体信号。尝试降低铝块温度至 85 ℃,可以部分抑制消旋,但分离收率大幅跌到 20‑50%。
本文报道了一种结构简单、易于获取的催化剂 2‑PPBA(3u),用于羧酸与胺的直接酰胺化。该催化方案无需卤代溶剂,也无需额外干燥剂,实现更具原子经济性、环境可持续、操作简便的酰胺合成。
参考资料:Catalytic Amidation of Carboxylic Acids Using ortho-
Aminophenylboronic Acids;Veera K. Bruce-Salmenkivi, Mikko Passiniemi, and Petri M. Pihko*;
ACS Org. Inorg. Au 2026, 6, 422−429;https://doi.org/10.1021/acsorginorgau.6c00021
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