嘉兴常用催化剂及配体研究进展（酸碘协同催化惰性酰胺与等当量胺的转氨化反应）

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

酰胺广泛存在于各类天然的和人工合成的功能分子中。研究酰胺C-N键的活化与转化，对于利用一般酰胺制备精细化学品、实现酰胺类药物等功能分子的晚期修饰和合成具有重要的科学意义和实用价值，并能为实现锦纶纤维等塑料大分子的人工降解再利用以解决目前日益严重的塑料垃圾污染问题、实现碳中和目标提供参考。近日，海南大学的陈铁桥教授（点击查看介绍）和罗格斯大学的Szostak Michal教授（点击查看介绍）合作，利用酸/碘协同催化实现了惰性酰胺与等当量胺的转氨化反应，通过活性酰碘的形成重构了酰胺类化合物的经典化学活性顺序。

众所周知，由于酰胺C-N键的共振效应，酰胺是化学性质非常惰性的亲电试剂，一般只与高活性的亲核试剂如M-H等化合物直接反应。目前活化酰胺C-N键的策略主要有两种方式：其一是往酰胺的氮原子上引入苯基或者强吸电子基团如Boc基团（叔丁氧羰基）、Ts基团（对甲苯磺酰基）和glutaryl基团（戊二酰基）等，然后结合过渡金属或者碱催化，实现酰胺C-N键的活化与转化。这些工作极大地促进了酰胺化学的发展，但是这些方法需要使用昂贵与不稳定的酰化试剂预先合成活化的酰胺，并且由于这类活性基团的引入，大大降低了该类交叉偶联反应的原子经济性。其二是利用Tf2O（三氟甲磺酸酐）与酰胺在低温下反应生成活性中间体，然后再与各种亲核试剂反应，从而实现酰胺C-N键的活化与转化。然而，该策略一般为一锅两步过程，操作比较繁琐，而且主要针对二级酰胺和含α-H的三级酰胺的转化，对一般三级酰胺的研究较少。

海南大学陈铁桥教授团队和罗格斯大学的Szostak Michal教授合作开发出了酸/碘协同催化惰性酰胺C-N键活化与转化的新策略：利用酸与氧配位削弱酰胺键的强度，然后利用强亲核性的碘离子进攻羰基碳，“刀剑合璧”，在较为温和的条件下实现了惰性酰胺C-N键的在线活化与转氨化，通过活性酰碘的形成重构了酰胺类化合物的经典化学活性顺序，为惰性酰胺C-N键的在线活化提供了新的策略。

图1. 酰胺的转氨化反应。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

该反应底物适用范围广、化学选择性高。各种芳香的和脂肪的N,N-二甲基酰胺都表现出良好的反应效果，脂肪胺、芳香胺、一级胺和二级胺均能有效地参与化学反应。特别值得指出的是，该反应表现出良好的官能团耐受性：卤素（如氟、氯、溴、碘）可以在该反应体系很好的兼容；其他的官能团如烷基、甲氧基、硫醚、芳基、氰基、三氟甲基、亲电羰基、杂环和磺酰胺等都表现出良好的兼容效果。此外，顺式烯烃的构型在该反应体系中能够保持不变；酯基与酰胺共存条件下，也能表现出良好的化学选择性，酰胺选择性地发生转氨化反应；羧酸和二级酰胺在反应条件下也能够兼容。

图2. 底物拓展。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

除此之外，该反应能够应用于肉桂酸、4-苯并吡喃酮-2-羧酸、丙磺舒、非布索坦、布洛芬、没食子酸三甲醚多种药物分子酰胺衍生物的晚期修饰；该策略还能够应用于临床药物如扑热息痛（Paracetamol）、他米巴罗汀（Tamibarotene）、微管蛋白酶抑制剂（Tubulin inhibitor）没食子酸酰胺以及种子杀菌剂甲基呋喃酰胺（Fenfuram）的高效合成。这些实验结果很好地展示了该新型的转氨化反应在有机合成中的合成价值。

图3. 药物合成。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

该反应成功的关键是：1）酸/碘协同催化活化酰胺C-N键；2）离去的二甲胺具有强的碱性，更能与酸结合生成季铵盐从甲苯中沉淀出来，促进化学反应平衡向正方向进行。该反应的成功实施不仅拓展了酰胺在有机合成中的应用范围，而且为惰性酰胺的活化与转化提供了全新的策略，这种全新的酰胺C-N键的活化方式将为有机合成提供强有力的工具。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是海南大学硕士研究生左冬旭和汪群。

Highly Chemoselective Transamidation of Unactivated Tertiary Amides by Electrophilic N–C(O) Activation via Amide-to-Acyl Iodide Re-Routing

Dongxu Zuo, Qun Wang, Long Liu, Tianzeng Huang, Michal Szostak, Tieqiao Chen

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202202794

陈铁桥教授简介

陈铁桥，海南大学化学工程与技术学院教授，博士生导师，国际SCI杂质Heteroatom Chemistry的Academic Editor。2004年，考入湖南大学化学化工学院化学专业，2009年转为硕博连读生（师从郭灿城教授和韩立彪教授），2010年4月赴日本产业技术综合研究所（AIST）学习工作三年，2013年12月博士毕业。2014年1月以助理研究员身份留校工作，2017年1月晋升副教授，期间以Special Researcher身份在AIST访学14个月。2017年10月以C类高层次人才调入海南大学，并聘为教授，2018年12月晋升教授。

研究领域是有机磷化合物的合成与应用，惰性化学键的活化与转化，药物及材料功能分子的设计与合成。以第一作者和通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc. (4篇), Angew. Chem. Int. Ed. (2篇), Green Chem. (1篇), ChemSusChem（1篇）, Chem. Commun. (6篇), Org. Lett. (9篇) 等高水平国际期刊发表论文70多篇，被引2300多次，H-index为27。

https://www.x-mol.com/groups/Chen-Tieqiao

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：酰胺广泛存在于各类天然的和人工合成的功能分子中。由于酰胺C-N键的共振效应，酰胺键的化学键能非常大，是化学性质非常惰性的亲电试剂，一般只与高活性的亲核试剂如M-H等化合物直接反应。如前所述，尽管目前对于酰胺C-N键的活化与转化已经取得了一些进展，但存在一些不足。特别地，惰性酰胺的活化与转化是酰胺化学领域的研究难点。我们的研究目的是在较为温和的条件下实现惰性酰胺C-N键的活化与转化。幸运的是，我们通过努力实现了这一目标，利用酸与氧配位削弱酰胺键的强度，然后利用强亲核性的碘离子进攻羰基碳，通过活性酰碘的形成重构了酰胺类化合物的经典化学活性顺序，为惰性酰胺C-N键的活化提供了新的策略。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：本项研究中最大的挑战是确定反应路径及关键中间体的捕获。酰碘化合物化学性质非常活泼、不稳定。在尝试利用GC-MS检测时，因为进样口温度过高，酰碘被破坏难以检测到，为反应路径的确认和证明带来阻碍。后面我们尝试用MALDI-TOF MS这种软电离质谱技术在室温下进行检测，最终捕获关键中间体，为反应机理的提出提供了有利证据。

Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：酰胺是生物质蛋白质的主要结构单元，是承载生命活动的结构物质，也是一类重要的药物功能分子。酰胺类药物在临床药物的占比超过25%，2020年在全球销售额top 10的小分子药物中有9个是酰胺，具有巨大的市场规模，广泛地应用于消炎、镇痛、解毒、抗凝血、抗菌、抗病毒和抗肿瘤等领域。因此，本工作的开展对酰胺类药物的晚期修饰与转化以改善药物的耐药性、生物活性以及相关仿制药的研发具有极其重要的科学意义和经济价值。同时，本工作的开展也能为酰胺精细化学品的合成提供参考，为实现锦纶纤维等塑料大分子的人工降解再利用以解决目前日益严重的塑料垃圾污染问题、实现碳中和目标提供参考。