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积极影响药物研发速度的构建C-N键的Buchwald-Hartwig偶联反应史

   芳胺是化学中的基础产物和合成砌块,在药物化学和农药学中显得尤为重要。传统的合成方法是经历硝化,还原,活化芳烃底物的亲核取代步骤,或铜催化的芳胺与芳烃卤代物的Ullmann反应。这些方法的缺点非常明显,包括有限的底物范围和较差的官能团兼容性。铜催化的Ullmann需要当量级别的铜催化剂,往往需要很高的温度。最近几年发展的Chan-Lam反应以及来自中科院上海有机所的马大为研究员在降低催化剂用量和降低反应温度等方面做出了突出的贡献。钯催化的Buchwald-Hartwig偶联极大地改变了这一方向,目前已经成为构建C-N键的基础方法。

这个反应最早可以追溯到1983年,Migita报道的钯催化芳基溴代物与锡酰胺的偶联反应。1994年,两个独立的报道出现,Hartwig团队研究了该反应的中间体和催化物种,Buchwald团队报道了避免分离锡酰胺的改进方法。一年后,也就是1995年,两个团队独立报道了可以被称为现在C-N键构建反应典型的钯催化,大位阻键参与的偶联反应,开创了先河。

目前该类反应的机理使用的是Hartwig早期建议的机理,也是目前公认的反应机理,氧化加成,底物配位,脱质子和还原消除步骤。

经过二十几年的发展,该类反应的机理研究的已经比较透彻,并出现了一些标准的反应配体,如Hartwig发展的CyPF-t-Bu 配体,Buchwald发展的BrettPhosRuPhos配体,目前这两个配体也被认为是高效的配体,当然也是商品化的试剂。除此之外,BippyPhos和氮杂环卡宾iPrHCl配体使用也非常广泛,并且也可以直接买到。目前该类反应的底物已经可以做的很广,并且催化剂用量可以降到百万分之几的级别

当然评价一个反应的指标不仅仅是在小量上面,工业化生产或放大生产是一个硬指标,可喜的是目前该类反应在工业上已经可以做到公斤级别的规模,实用性不言而喻。

尽管该方法已经成熟地被用于构建各种C-N键,对它的效率和底物范围的改进从未停止过。AstraZeneca报道了非常有意思的流体反应器,可连续进行生产。最近 Buchwald团队报道使用DBU做键,在室温下进行高效的偶联反应。同时,随着光化学的不断发展,科学家们将该技术与钯催化偶联相结合,也可允许反应在室温下高效进行。此外,电化学与胶囊技术也被用于该反应,均取得了不错的结果。总之发展还在继续。

26年前,Buchwald-Hartwig革新了C-N的构建技术,目前已经发展成为该领域的最常用方法。该方法目前已经发展有机合成的主要工具之一,和钯催化的其它反应如Suzuki等处于同一水准。不仅在学术上,在工业上应用同样显著。(参考文献:OPRD, 2019, DOI:10.1021/acs.oprd.9b00161)


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