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缩合剂(ji)的应(ying)用(yong)很广泛(fan),随着医药工(gong)业、多肽试剂(ji)、蛋白质及高分子材料的发展,缩合剂(ji)在有机(ji)合成中(zhong)的应(ying)用(yong)越(yue)来越(yue)多,需求量也逐(zhu)年(nian)增加。缩合剂(ji)说白了就是将酸(suan)和胺链接在一(yi)起的纽带,常用(yong)缩合剂(ji)大(da)致(zhi)有下面几类(lei):
1.1 碳二亚胺类缩合剂(ji):如:DIC, DCC, EDCI等。
1.2 鎓(weng)盐类缩合剂:HATU, HBTU, HCTU, TBTU, HAPyU, BOP, PyBOP等。
1.3 有机磷缩合剂(ji):DPP-Cl, DPPA, MPTA, BOP-Cl, T3P, T4P等。
1.4 其(qi)他(ta)类型(xing)缩合剂:羰基咪唑CDI、制备(bei)混合酸(suan)酐法、二(er)肟氰乙(yi)酸(suan)乙(yi)酯衍生物、二(er)苯(ben)硅(gui)烷等等。
2.1 碳二亚胺(an)类缩合剂(ji)
此类缩(suo)(suo)合(he)(he)剂(ji)反应(ying)机(ji)理相同,都是酸和(he)碳(tan)二(er)亚(ya)胺反应(ying)生成活性(xing)中间体,然后氨基或者羟(qiang)基亲(qin)核(he)进攻生成缩(suo)(suo)合(he)(he)产物(wu),而碳(tan)二(er)亚(ya)胺类缩(suo)(suo)合(he)(he)剂(ji)则(ze)生成不(bu)溶(rong)于(yu)有机(ji)溶(rong)剂(ji)(但(dan)溶(rong)于(yu)醇类)的脲(niao)的副产物(wu)。使用碳(tan)二(er)亚(ya)胺缩(suo)(suo)合(he)(he)剂(ji)会引(yin)起手性(xing)化合(he)(he)物(wu)消(xiao)旋,故不(bu)能用于(yu)手性(xing)化合(he)(he)物(wu)的缩(suo)(suo)合(he)(he)。
使(shi)用该类的缩合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)一般需要加入(ru)酰(xian)化(hua)(hua)催化(hua)(hua)剂(ji)(ji)或活(huo)(huo)化(hua)(hua)剂(ji)(ji),如4-N,N-二甲基吡啶(DMAP)、1-羟(qiang)基苯并三氮(dan)唑(zuo)(HOBt)等等,其(qi)主要由(you)于在(zai)(zai)反应(ying)的第一阶段酸对碳二亚胺的加成(cheng)中间体其(qi)并不(bu)(bu)稳定,若(ruo)不(bu)(bu)用酰(xian)化(hua)(hua)催化(hua)(hua)剂(ji)(ji)转(zhuan)化(hua)(hua)为相应(ying)的活(huo)(huo)性酯或活(huo)(huo)性酰(xian)胺,其(qi)自身会通(tong)过(guo)重(zhong)排(pai)成(cheng)相应(ying)的稳定的脲的副产(chan)物,尤其(qi)是(shi)使(shi)用EDCI时(shi)经常与(yu)HOBt联用,在(zai)(zai)我们使(shi)用碳二亚胺缩合(he)(he)(he)时(shi),加料(liao)顺序一般为酸和(he)胺先加入(ru)体系中,最后加缩合(he)(he)(he)剂(ji)(ji),大部分碳二亚胺缩合(he)(he)(he)反应(ying)都时(shi)放热反应(ying),所(suo)以通(tong)常在(zai)(zai)冰水浴条件(jian)下加料(liao)。
以DCC缩合(he)为例:
通常(chang)这类(lei)反应(ying)在与酸生成中间(jian)态时,如(ru)果(guo)没有(you)遇上亲核元素(胺或者(zhe)羟基)时往往会发生中间(jian)态重排。
所(suo)以往往我们加料顺序如果不(bu)正确的(de)(de)话,我们得到的(de)(de)副产物不(bu)只(zhi)有脲(niao)的(de)(de)结构,你(ni)还会发现(xian)别的(de)(de)杂(za)质就是重(zhong)排(pai)产生的(de)(de)。
2.2 鎓盐类缩(suo)合剂
鎓盐类(lei)缩(suo)合剂(ji)的(de)反(fan)应活性(xing)较高,一般(ban)分为碳鎓盐类(lei)缩(suo)合剂(ji)及磷鎓盐类(lei)缩(suo)合剂(ji)两类(lei),HATU、HBTU、HCTU、TBTU等属于(yu)碳鎓盐类(lei)缩(suo)合剂(ji)。HAPyU、BOP、PyBOP等属于(yu)磷鎓盐类(lei)缩(suo)合剂(ji),反(fan)应机(ji)理基本一样。
2.2.1 碳鎓盐类缩合剂
常用的碳(tan)(tan)鎓盐类(lei)的缩合剂(ji)有HATU、HBTU、TBTU等,此类(lei)缩合剂(ji)的活(huo)性较(jiao)高,往(wang)往(wang)不需(xu)要再添加(jia)额外(wai)的HOBt或HOAt,但是(shi)(shi)其(qi)成(cheng)本也较(jiao)高。此类(lei)缩合剂(ji)在局(ju)部浓度不均(jun)匀(yun)的情况(kuang)下(xia),会(hui)产生(sheng)副(fu)产物,所以(yi)(yi)(yi)在反应的时候,一般(ban)的加(jia)料(liao)顺序,应该是(shi)(shi)将酸、碱以(yi)(yi)(yi)及HATU 加(jia)到(dao)溶剂(ji)中,搅拌均(jun)匀(yun)再将胺加(jia)入,以(yi)(yi)(yi)避免副(fu)产物。以(yi)(yi)(yi)HATU为例(li),首先是(shi)(shi)酸在碱作(zuo)用下(xia)形成(cheng)亲核试(shi)剂(ji)进(jin)攻(gong)碳(tan)(tan)正离子,生(sheng)成(cheng)酰氧基碳(tan)(tan)正离子中间态,然后此活(huo)泼中间体受苯并三唑氧基进(jin)攻(gong)形成(cheng)活(huo)性酯(zhi),胺类(lei)亲核经过活(huo)性酯(zhi),类(lei)似胺酯(zhi)交换反应,生(sheng)成(cheng)目标(biao)产物和副(fu)产物HOBt,其(qi)作(zuo)用机理如下(xia)图所示(shi)。
2.2.2 磷鎓盐类的缩合剂(ji)法
这类缩合剂(ji)作用机理主要(yao)是在碱性条件下,羧(suo)基负离子(zi)进(jin)(jin)攻缩合试剂(ji)生成(cheng)相(xiang)应(ying)的(de)酰(xian)氧基磷(lin)(lin)正离子(zi),然后此(ci)活泼中间体受苯(ben)并三唑氧基进(jin)(jin)攻形成(cheng)活性酯(zhi),再与(yu)氨基反(fan)应(ying)形成(cheng)酰(xian)胺键,优点(dian)在于反(fan)应(ying)条件温(wen)和且(qie)缩合速率快,能应(ying)用于低活性的(de)酸(suan)/胺缩合反(fan)应(ying),以(yi)PyBOP为例,其作用机理如下图所示 (与(yu)碳(tan)磷(lin)(lin)鎓(weng)盐类类似)。
2.3 有机磷(lin)缩(suo)合剂
这类磷酸酯和磷酰胺类缩合剂中,最常用的是T3P和 BOP-Cl,其反应过程主要经过混酐中间态实现缩合。
2.3.1 BOP-Cl特别适合(he)(he)与氨基酸的合(he)(he)成,其(qi)收(shou)率高、不(bu)易消(xiao)旋,但其(qi)缺点是(shi),当胺的反(fan)应活(huo)性低(di)时,常(chang)常(chang)得到酰(xian)化(hua)的唑烷,但BOP-Cl溶(rong)解性较差,所以反(fan)应时间较长,通常(chang)在DMF中进(jin)行,所以在生产上应用受到一(yi)定(ding)影响,其(qi)反(fan)应机理如(ru)下图。
2.3.2 T3P(正丙基磷酸酐)和T4P(正丁基磷酸酐)溶解在乙酸乙酯、乙腈或者DMF中使用,溶解性好,后处理方便,常常放大生产时使用,副产品很容易水洗除去,对于含有α-手性中心的羧酸底物,T3P和T4P可以很好的抑制差向异构化,其反应机理如下图。
2.4 其(qi)他(ta)类型缩(suo)合(he)剂(ji)
其他类型缩(suo)合剂:羰(tang)基咪唑CDI、制(zhi)备混合酸酐法、二肟(wo)氰乙酸乙酯衍生(sheng)物(wu)、二苯硅烷等等有很多,这里就不一一讲述了(le),主要介绍一下CDI。
CDI(羰基(ji)二(er)咪(mi)唑) 通常在(zai)THF和(he)二(er)氯甲烷中使用,有时候会用到(dao)乙(yi)腈和(he)DMF体(ti)系,不(bu)过(guo)(guo)在(zai)DMF中使用时需要(yao)控(kong)制(zhi)温(wen)度(du),温(wen)度(du)高时酸(suan)(suan)与CDI反(fan)应(ying)(ying)(ying)生成(cheng)(cheng)的(de)中间态会与二(er)甲胺(an)反(fan)应(ying)(ying)(ying)生成(cheng)(cheng)杂(za)质,还有CDI的(de)用量不(bu)宜过(guo)(guo)大(da),一般1.1-1.2当量,这(zhei)里不(bu)宜加太多(duo),否则后(hou)续的(de)胺(an)会与未(wei)反(fan)应(ying)(ying)(ying)完(wan)的(de)CDI反(fan)应(ying)(ying)(ying)生成(cheng)(cheng)杂(za)质。其反(fan)应(ying)(ying)(ying)过(guo)(guo)程(cheng)为酸(suan)(suan)先(xian)亲(qin)核进(jin)攻(gong)(gong)羰基(ji)碳,释放一分子咪(mi)唑生成(cheng)(cheng)不(bu)稳定(ding)中间体(ti),咪(mi)唑进(jin)攻(gong)(gong)羰基(ji)碳,生成(cheng)(cheng)活性(xing)羰基(ji)咪(mi)唑,同时释放二(er)氧化碳和(he)咪(mi)唑,最后(hou)加入(ru)亲(qin)核胺(an)进(jin)攻(gong)(gong)羰基(ji)碳释放咪(mi)唑生成(cheng)(cheng)酰胺(an)的(de)过(guo)(guo)程(cheng)。加料(liao)顺序一般为酸(suan)(suan)溶(rong)解到(dao)溶(rong)剂中,加入(ru)CDI(有放气过(guo)(guo)程(cheng)),搅拌一段时间生成(cheng)(cheng)中间态后(hou)再加入(ru)胺(an)。对于活性(xing)低的(de)胺(an)可以选择加热,CDI很容(rong)易吸潮(chao),保存和(he)使用需要(yao)注(zhu)意防(fang)潮(chao)。由于其反(fan)应(ying)(ying)(ying)生成(cheng)(cheng)的(de)副(fu)产物咪(mi)唑易溶(rong)于水,方便(bian)除去,所以在(zai)生产上应(ying)(ying)(ying)用也(ye)很广泛。其反(fan)应(ying)(ying)(ying)机理如下(xia)图。
本文只是对常用(yong)缩(suo)合剂做一个大概讲解,其(qi)他缩(suo)合剂未做介(jie)绍。如需(xu)了解更多信息,请持续关注。