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0530-6291333酰胺合成的十種方法
(一)碳二亞胺類縮合劑法
常用的縮合劑主要有3種:二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)、二異丙基碳二亞胺(DIC)和1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亞胺(EDCI)。
使用該類的縮合劑一般需要加入?;呋瘎┗蚧罨瘎鏒MAP、HOBt等。由于在反應(yīng)的第一階段酸對碳二亞胺的加成中間體其并不穩(wěn)定,若不用酰化催化劑轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的活性酯或活性酰胺,其自身會通過重排成相應(yīng)的穩(wěn)定的脲的副產(chǎn)物(Path b)。
縮合活化劑:常用的縮合活化劑有以下幾種,目前4-N,N-二甲基吡啶(DMAP)已被廣泛應(yīng)用于催化各種?;磻?yīng)。有時在用DMAP催化效果不好時,可采用4-PPY,據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道其催化能力要比DMAP高千倍左右。
在三個常用的縮合劑中,DCC和DIC的價格較為便宜。一般DCC和DMAP合用,使用DCC有一個最大的缺點(diǎn)就是反應(yīng)的另一產(chǎn)物二環(huán)己基脲在一般的有機(jī)相溶解度很小但又都有一些微溶,因此通過一些常用的純化方法,重結(jié)晶,柱層析等等很難將其除得很徹底;由于二環(huán)己基脲在乙醚中的溶解度相對要比其他溶劑小,因此處理這類反應(yīng)一般蒸掉反應(yīng)溶劑后加入乙醚,濾掉大部分的二環(huán)己基脲后再進(jìn)一步處理。DIC由于其產(chǎn)生的二異丙基脲在有一般的有機(jī)溶劑中溶解度較好,因此一般在組合化學(xué)的固相合成中用的較多。
目前在藥物化學(xué)中用的最多的是EDCI,其一個主要的特點(diǎn)就是其反應(yīng)后的生成的脲是水溶性的,很容易被洗掉,一般EDCI與HOBt合用(注意: 這一反應(yīng)HOBt一般是缺不了的,否則有可能導(dǎo)致縮合產(chǎn)率太低)。有時如果酸的a-位位阻大或者連有吸電子基團(tuán),反應(yīng)會停留在活性酯這一步(這一活性酯的質(zhì)譜信號較強(qiáng),可通過MS或LC-MS檢測到)。
(二)混合酸酐法
1)氯甲酸酯法:主要應(yīng)用羧酸與氯甲酸乙酯或異丁酯反應(yīng)生成混合酸酐,而后再與胺反應(yīng)得到相應(yīng)的酰胺。這一反應(yīng)如果酸的a-位位阻大或者連有吸電子基團(tuán),有時會停留在混合酸酐這一步。但加熱可以促使其反應(yīng);這一反應(yīng)也可用于無取代酰胺的合成。
2)羰基二咪唑:應(yīng)用羰基二咪唑(CDI)與羧酸反應(yīng)得到活性較高的酰基咪唑,許多?;溥蛴幸欢ǖ姆€(wěn)定性,有時可以分離出來。但一般來說其不用分離,反應(yīng)液直接與胺一鍋反應(yīng)制備相應(yīng)的酰胺;文獻(xiàn)報(bào)道羰基二咪唑與三氟甲磺酸甲酯反應(yīng)得到的二甲基化的三氟甲磺酸鹽(CBMIT)的縮合性能更好。該類反應(yīng)由于CDI或CBMIT會和過量的胺反應(yīng)得到脲的副產(chǎn)物,因此其用量一定要嚴(yán)格控制在1當(dāng)量。
3)磺酰氯:另一類常用的方法是羧酸和磺酰氯生成羧酸-磺酸的混合酸酐,其與胺反應(yīng)得到相應(yīng)的酰胺。常用的磺酰氯有甲烷磺酰氯(MsCl),對甲苯磺酰氯(TsCl)和對硝基苯磺酰氯(NsCl), 對硝基苯磺酰氯由于其吸電子性,其與酸反應(yīng)生成活性更高的混合酸酐,一般二級胺和三級胺,甚至位阻很大的胺都能順利反應(yīng)。
4)Boc酸酐:通過酸與Boc酸酐反應(yīng)得到的混合酸酐與氨反應(yīng)可得到相應(yīng)的伯酰胺。
(三)鎓鹽類的縮合劑法
碳鎓鹽類的縮合劑從鹽的種類來分,主要有兩類:
1)碳鎓鹽,目前常用的為HATU、HBTU、HCTU、TBTU、TSTU、TNTU等。
碳鎓鹽試劑性能及應(yīng)用的區(qū)別:HATU 是活性最高的碳鎓鹽類縮合劑,但由于它價格昂貴很少用于工業(yè)化生產(chǎn),而且經(jīng)常是在其它縮合劑效果不好時才用到它。HBTU 相對來說要經(jīng)濟(jì)的多,而且可以用于大多數(shù)縮合反應(yīng),然而其利較低的收率是限制用于大量生產(chǎn)的主要原因。HCTU活性較高,可以代替HATU用于工業(yè)化生產(chǎn),其高活性要?dú)w功于有更好活性的Cl-HOBt中間體。TSTU 和 TNTU 可以用于含水溶劑的酰胺化反應(yīng)。若將HATU和HBTU的二甲胺基變?yōu)樗臍溥量┗梢缘玫交钚员人鼈兏叩腛-(7-氮雜苯并三氮唑-1-基)-二(四氫吡咯基)碳鎓六氟磷酸鹽(HAPyU)、O-(苯并三氮唑-1-基)-二(四氫吡咯基)碳鎓六氟磷酸鹽(HBPyU),但這些試劑的價格極其昂貴。
2)鏻鎓鹽,最早的為PyBOP試劑,該試劑由于產(chǎn)生致癌的六甲基磷酰胺(HMPA)副產(chǎn)物,因而近年來被活性更好的,不產(chǎn)生致癌的副產(chǎn)物的PyBOP所代替。PyBOP的是一個較為強(qiáng)的縮合劑,一般其他縮合劑縮合不好時常常用PyBOP可以得到更好的結(jié)果。比如PyBOP可用于將氨基酸與氯化銨縮合得到相應(yīng)的氨基酰胺。最近有報(bào)道PyAOP的縮合劑具有更強(qiáng)的活性。
(四)有機(jī)磷類縮合劑
多種磷酸酯和磷酰胺類縮合劑也被廣泛應(yīng)用于酰胺的縮合。如二苯基磷酰氯(DPP-Cl)、氰代磷酸二乙酯(DECP)、疊氮化磷酸二苯酯(DPPA、硫代二甲基磷?;B氮(MPTA)、二(2-氧-3-唑烷基)磷酰氯(BOP-Cl)。在這些磷酸酯和磷酰胺類縮合劑中,DECP常用于小量的多肽的合成,BOP-Cl特別適合與氨基酸的合成,其收率、消旋等都較好。但其缺點(diǎn)是,當(dāng)胺的反應(yīng)活性低時,常常得到酰化的唑烷。
(五)酰鹵法
酰鹵(酰氯、酰溴和酰氟)與氨或胺作用是合成酰胺的最簡便的方法。通過酰氯、酰溴與脂肪族、芳香族胺均可迅速?;?,以較高的產(chǎn)率生成酰胺。但酰氟對水和其他親核試劑較為穩(wěn)定。一般酰氯、酰溴與胺反應(yīng)是放熱的,有時甚至極為激烈,因此通常在冰冷卻下進(jìn)行反應(yīng),亦可使用一定量的溶劑以減緩反應(yīng)速度。常用溶劑為二氯乙烷、乙醚、四氯化碳、甲苯等。由于反應(yīng)中生成的鹵化氫,因此需要用堿除去鹵化氫,以防止其與胺成鹽。有機(jī)堿和無機(jī)堿均可用于此類反應(yīng),常用的有機(jī)堿有三乙胺、吡啶等,常用的無機(jī)堿有Na2CO3,NaHCO3, K2CO3,NaOH, KOH等。在研究中我們發(fā)現(xiàn),許多反應(yīng)用無機(jī)堿反應(yīng)更干凈且容易處理。對于一些位阻較大活性很低的芳胺,往往即使用酰氯也有可能不發(fā)生反應(yīng),此時我們需要加入催化劑如DMAP等,有時也可不加任何堿直接由胺和酰氯高溫回流反應(yīng)得到酰胺。
酰氯主要通過二氯亞砜和三氯氧磷的制備,高沸點(diǎn)的底物來說,二氯亞砜是最合適的試劑;一般的酸在二氯亞砜回流數(shù)小時后,蒸掉過量二氯亞砜及溶劑后,再用些甲苯帶一下殘余的二氯亞砜即可用于下步反應(yīng)。對低沸點(diǎn)的底物來說,則使用三氯氧磷較為方便,主要由于低沸點(diǎn)很容易蒸餾出來。對于a-氨基酸,由于相應(yīng)的酰氯在加熱會分解,因而一般不通過二氯亞砜和三氯氧磷的制備。當(dāng)分子中有對酸敏感的官能團(tuán)存在時,無法使用二氯亞砜,一般采用等當(dāng)量的草酰氯和堿(少量的DMF有較好的催化作用), 一鍋發(fā)生酰氯再直接用于下步反應(yīng),最近也有文獻(xiàn)報(bào)道應(yīng)用三氯均三嗪在堿存在下可一鍋將酸轉(zhuǎn)化為酰氯。由于酰氯的活性太高,一般很難鑒定,有時為了判斷酰氯是否生成,一般取出一點(diǎn)加入過量的芐胺或甲醇等,通過TLC確認(rèn)反應(yīng)進(jìn)行的程度,也可以蒸干溶劑通過HPLC,LC-MS或NMR確認(rèn)。a-氨基酰氯一般也通過以上兩種方法合成。芳香酰氯相對烷基酰氯要穩(wěn)定的多,例如苯甲酰氯加入水中也要近半個小時才能分解完全。
酰氟要比酰氯穩(wěn)定,其對水和其他親核試劑都較為穩(wěn)定,其可通過三氟均三嗪在吡啶的存在下制備(Tetrahedron lett. 1991, 1303)。并可以通過層析分離出來。酰氟對水和其他親核試劑,易于保存和使用方便,我們有時可以利用它進(jìn)行酰胺類化合物庫的合成。
(六)酰基疊氮法
?;B氮也是一個較為溫和的?;噭?,由于在反應(yīng)時其不會引起光學(xué)活性物質(zhì)的消旋且對水及其他親核試劑較為穩(wěn)定,因而常用于肽及化合物庫的合成.但?;B氮由于反應(yīng)活性低,對于位阻大且親核性低的胺是不適用的。
(七)硫噻唑啉法
3-?;?2-硫噻唑啉是一個較為溫和的酰化試劑, 其對各類胺的反應(yīng)選擇性較好,同時反應(yīng)可以用乙醇作溶劑。該反應(yīng)的一個特點(diǎn)是一般3-?;?2-硫噻唑啉是黃色的,但反應(yīng)完2-硫噻唑啉為無色,因此可以通過黃色是否消失來跟蹤反應(yīng)。
(八)酯交換為酰胺
酯和氨水反應(yīng)可以很方便地得到酰胺。N-取代酰胺一般可以利用相應(yīng)的胺與酯直接反應(yīng)得到,在有些條件下,需要有n-BuLi等強(qiáng)堿或AlMe3存在反應(yīng)才能夠順利進(jìn)行。
1. 一般酯的氨解通過氨的醇溶液或氨水來進(jìn)行:
a). 氨的醇溶劑氨解反應(yīng)可通過加入適量的甲醇鈉和氰化鈉來催化。
b). 用氨水直接氨解一般需要加熱(當(dāng)該反應(yīng)溫度到100度時,一定要用高壓釜做這一反應(yīng)),這類反應(yīng)一般可以通過硫酸銅來進(jìn)行催化。反應(yīng)的條件選擇主要看酯的活性程度,一般脂肪酸酯的交換要比芳香羧酸酯來得容易,甲酯要比乙酯來得快。對脂肪酸酯,α位的位阻大小也決定了反應(yīng)的快慢。
2. 酯通過甲酰胺在乙醇鈉的存在下,高溫也可得到相應(yīng)的酰胺。這一方法對各類的酯都比較有效,只是產(chǎn)品的分離比直接氨解稍微麻煩一些,但反應(yīng)較快。
3. 另外近年來,AlMe3-NH4Cl或Me2AlNH2在多官能團(tuán)及復(fù)雜化合物的合成中用的較多,該方法條件較強(qiáng),各類酯都能很快的氨解。其缺點(diǎn)是AlMe3易自燃,操作不是太方便。
酯與脂肪伯胺的交換:1. 酯與脂肪伯胺的交換一般直接用無溶劑的方法加熱進(jìn)行,對于低沸點(diǎn)的伯按胺直接用其作溶劑回流即可。2. 有時兩個反應(yīng)底物物都是固體無法混溶時,將兩者溶解到某一溶劑后再濃縮干即可混合均勻,一般的無溶劑加熱反應(yīng)最好一邊抽真空一邊反應(yīng)。3. 有時胺的位阻較大時,也不好交換,一般也可仲胺交換反應(yīng)條件來進(jìn)行。
在此有一點(diǎn)需要指出的,當(dāng)我們用LAH還原酰胺和腈到胺時,最后的產(chǎn)物為胺的鋁鹽,如果我們用酯去淬滅反應(yīng)時常常得到的是相應(yīng)的酰胺,如用乙酸乙酯淬滅即得到相應(yīng)的乙酰胺。
酯與脂肪仲胺的交換:一般直接交換是不行的,但其可通過相應(yīng)的氨的負(fù)離子來反應(yīng),如通過正丁基鋰作堿,同樣三甲基鋁可用于這類交換反應(yīng)。
酯與芳胺的交換:1. 由于芳香胺的親核性不是太強(qiáng),因而與酯直接交換不太容易,一般需要高溫才能交換。如果通過強(qiáng)堿將芳胺變?yōu)橄鄳?yīng)的負(fù)離子,其親核能力大大加強(qiáng),可以發(fā)生相應(yīng)的酯交換反應(yīng)。目前常用的堿為NaHMDS,NaOEt, BuLi, EtMgBr等。2. 有文獻(xiàn)報(bào)道在微波下,用KOtBu作堿在沒溶劑的情況下可一分鐘內(nèi)完成胺交換反應(yīng)。通過AlMe3也可順利地將芳胺和酯進(jìn)行交換。3. 以上多見于芳香的伯胺,很少有文獻(xiàn)報(bào)道芳香的仲胺參與酯的交換反應(yīng)的。但有文獻(xiàn)報(bào)道二氫吲哚與三甲基鋁的復(fù)合物也可與酯進(jìn)行交換。
(九)氰基水解
腈加水可以分解為伯酰胺。由于伯酰胺會繼續(xù)水解為羧酸,一般要控制水解的條件。目前有許多方法報(bào)道,有時需要根據(jù)底物的特性選擇酸性,堿性或中性的水解條件。作為中性的條件,也有文獻(xiàn)報(bào)道使用鎳或鈀催化劑的方法。
酸性水解:在酸性條件下與飽和碳相連的氰基,可以在酸中很方便的水解轉(zhuǎn)化為酰胺,并在條件較為劇烈時,很容易進(jìn)一步水解成酸。但乙烯基或芳基腈的水解條件則要求劇烈得多,一般需要強(qiáng)酸條件,而且一般不會進(jìn)一步水解。
堿性水解:在堿性條件下,利用過氧化氫氧化的方法可在室溫下短時間內(nèi)水解腈為伯酰胺,這是一個較為可靠的方法。利用NaOH(aq.)-CH2Cl2相轉(zhuǎn)移催化體系,DMSO-K2CO3體系可以用于各種腈水解為伯酰胺。
(十)Ritter反應(yīng)
叔碳正離子加成到腈基的氮原子上生成的腈鹽加水分解得到相應(yīng)的酰胺加水可以分解為酰胺。一般能產(chǎn)生碳正離子化合物都可以發(fā)生這類反應(yīng)。由于醇或烯烴在濃硫酸或其他強(qiáng)酸加熱條件下反應(yīng),一般在此條件下穩(wěn)定的腈都可用于該類反應(yīng)。這類反應(yīng)通過腈和酸在溶劑中反應(yīng),但對于乙腈來說,直接用乙腈中反應(yīng)即可,對于其他較為復(fù)雜,沸點(diǎn)較高的底物,一般用冰醋酸稀釋。
通過鹵素或有機(jī)硒等對烯烴加成,得到的碳正性的中間體也可用于對乙腈的加成。如果所用的是環(huán)狀烯烴,則為反式加成。Ritter反應(yīng)是合成叔碳胺的一種重要方法!
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