有机合成中最让人头疼的问题:缺电子胺如何做酰胺化?

学术   2024-12-12 08:08   广东  
从业多年来,缺电子胺和羧酸缩合一直是个老大难问题,这类技术的转移也做的最多。如果说具体的方法,我只能回答说具体问题具体分析,但这并不妨碍我们去聊聊这类反应优化的底层逻辑;
理论上讲,酸胺缩合可以通过两方面调控:一方面增加羧酸的亲电活性,一方面是增加胺的亲核活性;但实际操作上以前者为主,后者想直接增加胺的亲核活性是很难实现的,大部分时候只能通过溶剂,温度等调控~~~
本文我们将这些方法技巧混合来讲,并浓缩为以下要点;
1、用DMAP类有机碱增加酸的亲电活性
DMAP 分子中的吡啶环具有一定的缺电子性,而二甲氨基则是强给电子基团。这种结构特点使得 DMAP是一种超强亲核的酰化催化剂, 能够与酰化试剂(如酸酐,活性酯等)发生相互作用。
酰化试剂与 DMAP 结合时,DMAP 的给电子效应会使酰化试剂的羰基碳的正电性增强,从而更容易受到胺的亲核进攻,加快反应的起始步骤,引发后续反应;下图以DCC活化的羧酸为例与DMAP作用;

图源:福山机理书

一个转移的案例如下:
将酸1.0 eq溶解在DMF中,室温下先后加入DIEA 1.5 eq,DMAP 0.2 eq,EDCI 1.5 eq,活化羧酸反应0.5 h,然后加入胺 1.1 eq,升温至66.6℃反应2~3天,TLC检测反应完成(极性太近,比较难检测);
2、用Lewis酸增加酸的亲电活性
除了DMAP这种万金油性质的酰化催化剂外,路易斯酸也能增加羧酸的亲电活性,其作用机制如下;

图源:J. Org. Chem. 200873,4575

3、做成酰卤
由于酰卤中卤原子较强的吸电子诱导效应,酰卤的活性一般要强于大部分的缩合剂法,最近的一个示例显示,这个中间体比HATu活化的羧酸更具有优势,且仅仅是酰氯,酰溴的活性会更高!
4、体系酸碱度
很多同学做缩合时会忽略体系的酸碱度。但恰恰这个影响很大,对于胺来说,溶剂的酸碱度可以影响其存在形式,进而影响亲核活性。比如在酸性条件下,胺会被质子化形成铵离子,铵离子基本上没什么亲核活性;
所以一定要保证体系碱性,如果真的很懒,就粗略加。三乙胺,DIEA这些大位阻的胺即使加多了,对体系影响也不大。
5、选择合适的溶剂
一般来说,在非质子极性溶剂,如最常见的DMF中,胺的亲核性比在其他中性以及质子性溶剂(如醇、水)中更强。
这是因为酰胺合成反应涉及到电荷的分离和重新组合。非质子极性溶剂能稳定反应过程中产生的中间体的电荷分布;且该类溶剂溶解性较好,能够溶解体现出离子化合物特性的反应中间态;
质子溶剂中的质子会直接与胺的氮原子孤对电子形成氢键,从而部分地屏蔽了氮原子的亲核性
6、升高温度
根据阿伦尼乌斯方程,升高温度可以增加反应速率,这对于任何反应都是通用的。升高温度可以为反应提供足够的能量,使胺分子更容易克服反应的活化能,从而更有效地进行亲核进攻。但是,如果上面的条件没选好,把体系加热到碳化也别想反应进行!
以上。
很认可授人以鱼不如授人以渔。
希望能给大家带来帮助!

有机合成大菜籽
一线有机合成工作者💀专注于合成化学领域🥼分享一些书本上没有的合成经验技巧⚖️助力年轻人少走弯路💡
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