​硼酸催化的酰胺合成反应

Amide Formation Catalyzed by Boronic Acids

概要

由羧酸与胺缩合形成酰胺的方法，是一种应用比较广的备受关注的反应之一。特别是在市售医药品中，25%含有酰胺基团，并且在新药研发领域中使用的反应中有16%就是酰胺的形成反应。

常规方法使用强酸加热条件、进行转换为酰卤等的活化、当量以上的缩合剂的使用等方法、从温和的条件和原子经济的角度来看，这类反应还是存在各种问题。从这样的观点出发，多年来有机化学领域的科学家们一直在研究促进酰胺键形成的催化方法。如果催化剂的用量能够最小化，理想情况下，反应的副产物只有水，因此很有可能该反应会发展成为一种十分绿色高效的方法。其中，使用硼酸催化剂的方法学，由于硼酸毒性小，因此近年来成为了酰胺化的一个明星催化剂。

基本文献

• Ishihara, K.; Ohara, S.; Yamamoto, H. J. Org. Chem. 1996, 61, 4196. DOI: 10.1021/jo9606564
• Gernigon, N.; Al-Zoubi, R. M.; Hall, D. G. J. Org. Chem. 2012, 77, 8386. DOI: 10.1021/jo3013258

<mechanistic discussions>

• Arnold, K.; Davies, B.; Giles, R. L.; Grosjean, C.; Smith, G. E.; Whiting, A. Adv. Synth. Catal. 2006, 348, 813. doi: 10.1002/adsc.200606018
• Marcelli, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6840. doi:10.1002/anie.201003188
• Wang, C.; Yu, H.-Z.; Fu, Y.; Guo, Q.-X. Org. Biomol. Chem. 2013, 11, 2140. doi:10.1039/C3OB27367A
• Arkhipenko, S.; Sabatini, M. T.; Batsanov, A. S.; Karaluka, V.; Sheppard, T. D.; Rzepa, H. S.; Whiting, A. Chem. Sci. 2018, 9, 1058. doi:10.1039/C7SC03595K

<review>

• Zhang, H.; Hall, D. G. Aldrichimica Acta 2014, 47, 41. [website]
• Lundberg, H.; Tinnis, F.; Selander, N.; Adolfsson, H. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 2714. DOI: 10.1039/c3cs60345h
• de Figueiredo, R. M.; Suppo, J.-S.; Campagne, J.-M. Chem. Rev. 2016, 116, 12029. DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00237

<importance of amide bond formation in medicinal chemistry>

• Ghose, A. K.; Viswanadhan, V. N.; Wendoloski, J. J. J. Comb. Chem. 1999, 1, 55. DOI: 10.1021/cc9800071
• Roughley, S. D.; Jordan, A. M. J. Med. Chem. 2011, 54, 3451. DOI: 10.1021/jm200187y
• Pattabiraman, V. R.; Bode, J. W. Nature 2011, 480, 471. doi:10.1038/nature10702

反应机理

从研究初期，有报道提出由羧酸和催化剂动态形成的酰氧基硼酸中间体作为活性物质进行反应（下图所示）。

但是，根据最近的机理解析研究、提出下图所示的双核硼酸 – 羧酸络合物是活性物质（Chem. Sci. 2018, 9, 1058.）。

反应实例

Hall课题组、在筛选了含有不同电子取代基的硼酸催化剂后、在室温下实现了硼酸催化的酰胺合成方法[1]。

柴﨑・熊谷等人、发现与杂原子形成稳定的1,3-dioxa-5-aza-2,4,6-triborinane芳香环催化剂（DATB）、能够强有力的促进酰胺的形成[2]。对于容易发生epi化的缬氨酸C末端也可以不改变立体构象进行反应。并且炎症可以用于肽的延长反应。作者通过NMR实验等提出了下图中的反应过渡态。

参考文献

1. (a) Al‐Zoubi, R. M.; Marion, O.; Hall, D. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2876. doi:10.1002/anie.200705468 (b) Gernigon, N.; Al-Zoubi, R. M.; Hall, D. G. J. Org. Chem.2012, 77, 8386. DOI: 10.1021/jo3013258
2. (a) Noda, H.; Furutachi, M.; Asada, Y.; Shibasaki, M.; Kumagai, N. Nat. Chem.2017, 9, 571. doi:10.1038/nchem.2708 (b) Liu, Z.; Noda, H.; Shibasaki, M.; Kumagai, N. Org. Lett.2018, 20, 612. DOI: 10.1021/acs.orglett.7b03735