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連續(xù)流‘加速跑’,N-保護氨基酮‘一氣呵成’

來源:康寧反應器技術(shù)有限公司 更新時間:2024-12-17 13:30:11 閱讀量:399
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研究背景


α-氨基酮及其衍生物在有機合成與藥物化學中占據(jù)核心地位,如卡西酮、布洛芬及普拉格雷等藥物均含此結(jié)構(gòu)。

合成具有不同取代基的α-氨基酮的方法有很多,最具代表性的合成策略是Weinreb酰胺與格氏試劑或有機鋰試劑的親核反應,但這種合成方法經(jīng)常面臨著挑戰(zhàn):

  • 使用過量的親核試劑,以及格氏試劑或有機鋰試劑所需的苛刻反應條件。

  • 過量復雜的格氏試劑產(chǎn)生的副產(chǎn)物難以去除,將使目標產(chǎn)品的純化變得困難。

Norihiro等人在2002年提出了一個制備N-Boc-α-氨基酮的新方法,該方法巧妙地利用了含有可脫質(zhì)子的N-Boc-α-氨基Weinreb酰胺作為起始原料,提高了反應的選擇性。

圖1. 利用N-Boc-α-氨基Weinreb酰胺合成N-保護氨基酮

步驟1:在-5℃下,使用iPrMgCl對N-Boc-α-氨基Weinreb酰胺進行預脫質(zhì)子化處理;

步驟2:在-60℃下,使其與Weinreb酰胺反應,形成一個穩(wěn)定的金屬螯合四面體結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)能有效抵抗進一步的親核攻擊,從而避免副產(chǎn)物的生成(見圖1a)。

優(yōu)勢:此方法通過引入簡單的烷基格氏堿來預脫質(zhì)子化氨基甲酸酯基團,顯著減少了副產(chǎn)物的形成,并簡化了所需酮的純化過程。

需要注意的問題:格氏試劑的使用條件較為苛刻,通常需要在惰性氣體保護和低溫環(huán)境下緩慢滴加到反應體系中,以確保放熱過程的安全性。這些限制條件在很大程度上阻礙了該方法在傳統(tǒng)間歇釜里進行大規(guī)模生產(chǎn)的實際應用。

最新研究方向


廣東工業(yè)大學葉金星教授團隊近期在Journal of Flow Chemistry上發(fā)表文章,通過預脫質(zhì)子化的N-Boc-氨基Weinreb酰胺和格氏試劑,建立了羰基上帶有取代基的N-BOC-α-氨基酮的連續(xù)流合成新方法,在溫和條件下有效地制備了一系列官能化N-BOC保護氨基酮。

圖2. N-保護氨基酮合成的連續(xù)流微通道系統(tǒng)

作者使用CH3MgCl對N-Boc-氨基Weinreb酰胺(1a)進行預脫質(zhì)子化,隨后與親核試劑PhMgCl(2b)反應,在連續(xù)流裝置中研究了N-Boc-α-氨基酮(3a)的合成。

反應條件優(yōu)化與格氏試劑擴展



01

反應溫度和停留時間篩選


表1. 連續(xù)流中反應溫度和時間對3a收率的影響a

a .反應條件:N-Boc-氨基Weinreb酰胺 ( 1a , 1 M 在四氫呋喃中 ) 和 CH3MgCl ( 2a , 1 M 在四氫呋喃中 , 1 當量 ) 以 1 mL/min 的速率流動;PhMgCl ( 2b , 1 M 在四氫呋喃中 ) 以 2 mL/min 的速率流動。b.在達到穩(wěn)態(tài)后,收集產(chǎn)品溶液2 分鐘,取出部分產(chǎn)品溶液,并用正十八烷作為內(nèi)標進行氣相色譜分析。

基于釜式研究數(shù)據(jù),使用CH3MgCl對N-Boc-氨基Weinreb酰胺(1a)進行預脫質(zhì)子化,這一步反應溫度設(shè)定為25 ℃,隨后對第二步反應進行了反應溫度和停留時間的篩選(表1),在反應溫度為25 ℃,反應停留時間102 s,第二步反應獲得了> 99 %的轉(zhuǎn)化率和96 %的收率。


02

格氏試劑用量對反應影響

表2. PhMgCl (2b) 的用量對連續(xù)流反應的影響

a .在達到穩(wěn)態(tài)后,收集產(chǎn)品溶液2分鐘,取出部分產(chǎn)品溶液,并使用正十八烷作為內(nèi)標進行氣相色譜分析。

 通過改變Weinreb酰胺和格氏試劑的流速,對第二步反應進行了進一步的優(yōu)化。確定第二步最佳工藝條件為反應溫度25 ℃,反應停留時間128 s, PhMgCl用量為1.2 eq。


03

不同格氏試劑的擴展

基于上述連續(xù)流條件的優(yōu)化,作者將N-Boc-氨基Weinreb酰胺與各種類型的格氏試劑進行反應,以評估工藝的應用范圍(圖3)。

圖3. 連續(xù)流中N-Boc-α-氨基酮的合成。a分離產(chǎn)率;b使用1.1當量tBuLi作為親核試劑;反應停留時間為79 s

由圖3結(jié)果可以看出,反應范圍涵蓋了廣泛的官能化格氏試劑,包括芳基、雜環(huán)基、鏈狀烷基、環(huán)烷基、烯基等。

芳基格氏試劑高效性:芳基格氏試劑的表現(xiàn)尤為突出,產(chǎn)量高達89-96%(3a-3k),充分證明了其在該反應體系中的高效性。同時,作者也成功獲得了烷基取代的α-氨基酮,產(chǎn)量在81-95%(3n-3v)之間,這一成果為烷基取代α-氨基酮的合成提供了新的途徑。

連續(xù)流動條件優(yōu)勢:某些在間歇條件下難以與Weinreb試劑反應的烷基試劑,在連續(xù)流動條件下卻取得了優(yōu)異的成果,如iPrMgBr與N-Boc-氨基Weinreb酰胺在水中反應生成的α-氨基酮3t,其收率高達90%。


04

底物擴展與成本

圖4. 連續(xù)流中合成N-Boc保護氨基酮. a 鋰試劑的具體制備方法見補充信息;b分離收率;c以二溴取代芳基為原料

底物擴展與高效合成:作者對其他底物進行了擴展嘗試(圖4),并取得了良好效果。連續(xù)流法不僅適用于N-Boc保護的氨基酸衍生物(如丙氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸)制備Weinreb酰胺,生成高ee值的α-氨基酮(4a-4c,ee值最高96%),還能合成β-和γ-氨基酮(4d-4e)以及多種N-Boc保護的α-氨基酮(4f-4i,最高產(chǎn)率94%)。

成本降低與快速合成:為降低溴代苯基格氏試劑成本,作者引入了Br/Li交換反應,并成功應用于連續(xù)流動法中,實現(xiàn)了溴取代芳基N-Boc保護的-α-氨基酮的快速合成。


05

潛在應用價值驗證

圖5. a克級規(guī)模制備N-Boc-α-氨基酮;b手性β-氨基醇的合成

長時間穩(wěn)定運行:為了證明當前技術(shù)的潛在應用價值,作者進行了長期連續(xù)實驗,并成功以7.9克/小時的速度(96%的收率)獲得了N-Boc-α-氨基酮3a。

手性β-氨基醇合成:作者還對所獲得的N-保護的α-氨基酮進行了不對稱催化加氫,成功合成了多種關(guān)鍵的手性β-氨基醇中間體(5a-5f),其中芳基取代的(S)-氨基醇5a-5e的選擇性極佳(產(chǎn)率86-99%,>99% ee),而芐基取代的(S)-氨基醇5f雖然產(chǎn)率高達99%,但ee值僅為56%,這為未來的研究提供了新的方向和挑戰(zhàn)。

實驗結(jié)論

  • 作者開發(fā)了一種在溫和條件下快速合成N-保護氨基酮的連續(xù)流方法。

  • 利用連續(xù)流易于實現(xiàn)多步連續(xù)合成的優(yōu)點,先在第一個反應器中使用化學計量的甲基格氏試劑CH3MgCl對Weinreb酰胺底物α碳相鄰的氮原子上的氫進行脫質(zhì)子化;然后進入第二個反應器中,并加入另外一種格氏試劑或者有機鋰試劑,對Weinreb酰胺進行親核取代反應,最終獲得α-氨基酮。

  • 這種連續(xù)流方法減少了親核試劑的用量,使產(chǎn)品的純化變得更加簡單。

  • 該連續(xù)流方法可以可靠的放大,得到的氨基酮可以在手性銥催化下進一步轉(zhuǎn)化為各種關(guān)鍵的手性β-氨基醇中間體,具有良好的工業(yè)化應用前景。


參考文獻:

https://doi.org/10.1007/s41981-024-00336-x


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