HATU作为缩合剂的酰胺化反应中的副产物

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HATU,2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯,2-(7-Azabenzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate,是常用的缩合试剂,广泛用于酰胺键的合成。HATU通过活化羧基,起到促进酰胺键生成的作用。【 HATU的结构你真的知道吗?脲盐型还是胍盐型?缩合机理是怎样的? 】

使用脲鎓盐缩合剂进行酰胺缩合, 羧酸和有机碱反应得到羧基负离子,进攻HATU,加成-消除生成成不稳定的O-酰基(四甲基)异脲盐中间体。OAt负离子迅速攻击异脲盐,得到HOAt活性酯和四甲基脲。胺和HOAt活性酯再进行一次加成-消得到酰胺和HOAt。HATU高偶联效率和快速反应速率的原因是吡啶氮原子引起的邻基效应,吡啶氮原子通过氢键七元环状过渡态稳定进入的胺。反应机理如下

HATU作为缩合剂的酰胺化反应中的副产物

吡啶环作为分子内的碱使中间体的活性更高。

HATU是活性最高的氮鎓盐类缩合剂,对于大部分反应都可以取得很好的效果。但是在一些杂环芳胺进行酰胺化时通常会得到分子量大99的副产物(LCMS: M+99)。

进行此副反应的主要原因是生成的产物由于酰基和芳基的吸电子效应导致酰胺氢的酸性很强,很容易被体系中的碱夺去质子,生成的氮负离子接着和HATU反应得到副产物。

在HATU缩合反应中,除了芳胺类缩合会出现此副产物,对于一些含有酚羟基的底物进行酰胺缩合时,同样会生成分子量大99的副产物,这可能是由于在碱性反应体系中,酚羟基被拔氢,与HATU反应生成上述类似的脲鎓盐副产物。

EDCI/HOBt作为缩合剂的酰胺化反应也会发生类似脲鎓盐类副产物(LCMS: M+156)。

解决方法:

一、在反应体系中再加入两个当量HOBt,反应副产物会大量减少,但不能完全避免副反应发生。

二、如果产物在碱性条件下稳定,生成的副产物,在1M NaOH溶液中搅拌可以脱掉一分子脲,得到产物。

三、 羧酸-磷酸混酐制备酰胺 (点击查看详细内容),可以避免此副反应。

四、另外一类很好的替代缩合剂是鏻鎓盐,最早的为苯并三氮唑-1-基氧-三(二甲胺基)鏻鎓六氟磷酸盐(BOP)试剂,该试剂由于产生致癌的六甲基磷酰胺(HMPA)副产物,因而近年来被活性更好的,不产生致癌的副产物的苯并三氮唑-1-基氧-三(四氢吡咯基)鏻鎓六氟磷酸盐( PyBOP)所代替。

五、 【极高效酰胺化试剂----TCFH−NMI】

2018年,百时美施贵宝公司的Gregory L. Beutner和Ian S. Young等人报道了利用TCFH(N,N,N′,N′-tetramethylchloroformamidinium hexafluorophosphate)和NMI (N-methylimidazole)原位生成 酰基咪唑鎓盐并直接用于酰胺化的方法【 Org. Lett. 2018, 20, 4218–4222】。此方法以乙腈为溶剂,室温下就可以反应。对于一些大位阻的羧酸和亲核性很弱的胺都可高产率的进行酰胺化,而且此方法基本不会发生消旋。


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