今天为大家分享一篇近期发表在Org. Process Res. Dev. 上的文章，Insights into Fast Amide Couplings in Aqueous Nanomicelles。这篇文章的通讯作者是路易斯维尔大学的Sachin Handa教授。
自1955年首次合成多肽激素起，多肽合成领域取得了卓越成就。目前，多肽已占据约10%的药物活性成分(Active Pharmaceutical Ingredients, API)市场。由于各种功能结构复杂的多肽需求日益增长，其合成需要做到更加经济高效，而且不会导致产品差向异构化。当前最先进的肽偶联方法在反应效率和可持续性方面仍存在不足，例如二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等溶剂的使用会导致多肽合成过程中将产生大量废物。
最近，研究表明水中的酰胺偶联可以大大减少废物产生，同时作者也报道了水中的酰胺偶联，该方法反应完成后产物自发沉淀，可以直接通过过滤分离从而避免使用柱色谱与有机溶剂。其中，水溶性胶束介质中酰胺偶联机理仍未充分探索，因此作者打算以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDCHCl)为偶联剂，深入了解该反应如何快速进行。
如图1所示，酰胺键的形成主要包括羧基活化和亲核进攻两个步骤。第一步可以通过使用碳二亚胺、鏻试剂等偶联剂实现高转化率，而EDCHCl则是众多市售试剂中用于大规模酰胺偶联的最常用试剂，其形成的尿素副产品易溶于水从而便于产品分离。第二步包括两种途径，其中烯醇化转换过程会导致差向异构化，因此需要通过更快的反应速度以减少烯醇化过程。作者已经证明，酰胺偶联在EDCHCl和PS-750-M的水溶性胶束介质中无差向异构化作用，表明偶联反应能够在该条件下快速进行。
EDCHCl和PS-750-M的结构如图2所示。EDCHCl具有亲脂性非极性烃链和亲水性铵盐端基，可以与同样为两亲物的PS-750-M自发聚集形成纳米颗粒。HRTEM成像结果表明纳米颗粒平均粒径为92 nm，同时EDCHCl的纯水溶液中未观察到此类颗粒。
随后，作者对不同碱作用下的酰胺偶联进行了模型动力学研究，结果如图3所示。吡啶作用下偶联反应仅需8分钟即可完全转化，而i-Pr2Net(DIPEA)作用下在12分钟内也仅有43%的转化率，表明相对较弱的碱有助于反应进行。
为了进一步验证碱的影响因素，作者进行了1H NMR研究，如图4所示。结果表明在Et3N和i-Pr2NEt作用下，2.81 ppm处的铵峰消失，说明EDCHCl被中和，从而无法形成混合胶束。而吡啶则有助于保留EDCHCl的两亲结构，有利于形成混合胶束，也进一步证明偶联反应速度与混合胶束产生密切相关。
如图5所示，该方法的克级反应效率结果表明，产物可以在35 min内达到90%左右的收率，能够容忍酚羟基等基团且不会发生差向异构化，最后仅通过HPLC过滤可以获得纯度为98%的产品。同时，不同合成的PMI(Process Mass Intensity)值也在理想的10-40范围内，说明过程中原料利用率高，符合环保、可持续的理念。
总之，作者报道了对水中快速酰胺偶联的见解。两亲性EDCHCl和PS-750-M形成的混合胶束以及不破坏EDCHCl两亲性质的水溶性有机弱碱的使用是快速反应的原因。克级反应的例子表明该水溶性胶束技术具有反应效率和选择性的优势，体现出被应用于制药领域的巨大潜力。
作者：QJC 审校：WGQ
DOI: 10.1021/acs.oprd.1c00203
Link: https://doi.org/10.1021/acs.oprd.1c00203
