Amidsynthese

Aminierung von Acylchloriden oder Anhydriden

Die direkte Kupplung zwischen einer Carbonsäure und einem AminAmin ist in der synthetischen Chemie aufgrund des konkurrierenden Säure/Base-Protonenaustauschs kaum eine geeignete Wahl. Die gebräuchlichste Strategie ist die Umwandlung der Säure in eine aktivierte (d. h. elektrophiler) Form, wie beispielsweise das Acylchlorid oder das Anhydrid. Diese Arten reagieren leicht mit primären und sekundären Aminen, um das entsprechende Amid zu erhalten.

Die Acylierung von Amin durch Acylchlorid wird nach dem Namen der Erfinder oft als Schotten–Baumann-Reaktion bezeichnet.

Am häufigsten verläuft die Reaktion schnell bei Raumtemperatur in aprotischen Lösungsmitteln in Gegenwart einer geeigneten Base, wie beispielsweise einem tertiären Amin oder Pyridin. Oft wird tropfenweise eine wässrige Lösung der Base zugegeben, die schließlich ein biphasisches System erzeugt.

Die Schotten-Baumann-Reaktion und die Kupplung zwischen Amin und Anhydrid sind mechanisch bedingt, der einzige signifikante Unterschied ist das saure Nebenprodukt: HCl in einem Fall, eine Carbonsäure im anderen. Beide benötigen eine Base, um das Gleichgewicht herzustellen.

Die Vorbereitung des Acylchlorids kann in situ durch Mischen der Carbonsäure mit Thionylchlorid oder Oxalylchlorid in aprotischen Lösungsmitteln erfolgen, wie z. B. DCM, THF, oder Ethylacetat.Das Refluxen der Mischung für einige Stunden ergibt in der Regel gute Umwandlungen. Es ist notwendig, das Acylchlorid vor dem Amidierungsschritt mit dem Amin zu isolieren.

Von der Peptidchemie abgeleitete Verfahren (aktive Ester-Zwischenprodukte)

In den letzten drei Jahrzehnten wurden durch die Forschung auf dem Gebiet der Peptidsynthese bedeutende Fortschritte bei der Synthese von Amiden erzielt. Die große Vielfalt der heute im Handel erhältlichen Peptidkupplungsreagenzien teilt ein grundlegendes chemisches Prinzip: die Synthese eines hochaktivierten Esters. Obwohl viele der Peptidkupplungsreagenzien speziell für die automatisierte Festphasen- oder Lösungspeptidsynthese entwickelt wurden, können die gleichen synthetischen Strategien prinzipiell für die Synthese eines beliebigen Amids verwendet werden. Die gebräuchlichsten Reagenzien gehören zu zwei Hauptgruppen:

• Carbodiimide
• Hydroxy-benzo-triazol Aminium/Uronium oder Phosphoniumsalze

Carbodiimid-Aktivierung

Die beiden häufigsten Reagenzien dieser Gruppe sind Dicyclohexylcarbodiimid (DCC), Diisopropylcarbodiimid (DIC) und 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDC). Sie reagieren mit Carbonylsäuren zu einem hochreaktiven O-Acylisoharnstoff, der durch Reaktion mit einem Amin in ein Amid umgewandelt werden kann, mit hoher Ausbeute und kurzen Reaktionszeiten.

Die Synthese von O-Acylisoharnstoff profitiert nach Möglichkeit von der Verwendung apolarer Lösungsmittel (z. B. DCM), obwohl viele polare aprotische Lösungsmittel verwendet werden können.

O-Acylisoharnstoffe gehören zu den aktivsten Zwischenprodukten für die Amidkupplung, können aber spontan racemisieren. Dies muss in der synthetischen Strategie berücksichtigt werden.

Dies ist auch der Grund, warum bei der Peptidsynthese die Aktivierung der Carbonsäure meist in Gegenwart von Hydroxy-benzo-triazol-Additiven erfolgt, die schnell mit dem aktivierten Ester reagieren. In diesem Fall sollte der Aktivierungsschritt besser als eine zweistufige DCC/Hydroxy-benzo-triazol-Aktivierung beschrieben werden.

Dieser zweite Reaktionsschritt erzeugt einen weiteren aktivierten Ester, der nicht racemisiert, sondern ein ausreichendes Aktivierungsniveau für eine effiziente Peptidkupplung beibehält.

Die gebräuchlichsten Triazole für diese Anwendung sind (HOBt), und 1-Hydroxy-7-aza-Benzotriazol (HOAt).

Activation with Ammonium/Uronium and Phosphonium salts of Hydroxybenzotriazole

Eine Strategie zur Vermeidung des zweistufigen Acyl-Aktivierungsprozesses in der Peptidchemie wird durch die Verwendung von Ammonium/Uronium- oder Phosphoniumsalzen der oben genannten Hydroxy-triazole ermöglicht. Auf diese Weise kann der Einsatz von DCC und die Bildung des O-Acyl-isoharnstoff-Zwischenprodukts vollständig vermieden werden.

HOBt hat ein entsprechendes Uransalz namens HBTU und seine üblichen Phosphoniumsalze werden als BOP und PyBOP. bezeichnet. Die entsprechenden Uronium- und Phosphoniumsalze von HOAt sind HATU bzw. AOP/PyAOP.

HOBt – HBTU (oder TBTU) – BOP oder PyBOP

HOAt – HATU – AOP oder PyAOP

Die direkte Reaktion zwischen der Carbonsäure und HATU/AOP/PyAOP oder HBTU/BOP/PyBOP erfolgt in Gegenwart einer Base (normalerweise DIEA, Diisopropylethylamin) in polar-aprotischen organischen Lösungsmitteln, wie z. B. DMF, oder Acetonitrile.

Diese aktivierten Ester können unter ähnlichen Reaktionsbedingungen wie die Schotten-Baumann-Reaktion (Base, aprotisches Lösungsmittel, RT) effizient an ein Amin gekoppelt werden.

Referenz-Reaktionsprotokolle

Schotten-Baumann-Reaktion:

1. Eine Rührlösung des Amins in DCM vorbereiten, eine äquimolare Menge an Base (z. B. DIEA) zugeben, gefolgt von 1 zu 2 Äquivalenten des Acylchlorids. Bei Raumtemperatur 8-16 Stunden lang rühren. Typischerweise wird die Reaktion mit Wasser gequencht und mit DCM oder anderen organischen Lösungsmitteln extrahiert, je nach den Eigenschaften des Amids.

2. Die Lösung aus Amin und Base (äquimolar) bei 0 °C vorbereiten. Die Mischung unter Rühren auf -75 °C abkühlen, dann das Acylchlorid zugeben. 1-6 Stunden lang rühren, dann mit Wasser quenchen, mit DCM extrahieren und mit der Produktaufreinigung fortfahren.

Carbodiimid-Verfahren:

Eine Lösung der Säure in DMF vorbereiten und etwa 2 oder 3 Äquivalente Base zugeben. Die Lösung auf 0 °C abkühlen lassen und 2 Äquivalente DCC oder EDC zugeben. Bei Raumtemperatur 30-60 Minuten lang rühren, dann mit Wasser verdünnen und mit einem organischen Lösungsmittel entsprechend den Eigenschaften des Amidprodukts extrahieren. Mit der Produktaufreinigung fortfahren.

HATU/HBTU

Eine Lösung der Säure in DMF bei 0 °C vorbereiten und dann 2 Äquivalente HATU (550 mg, 1,4 mmol) und 3 Äquivalente Base (z. B. DIEA oder TEA) zugeben. Abschließend wird ein leichter Überschuss des Amins (im Vergleich zur Säure) hinzugefügt und bei Raumtemperatur 30-60 Minuten lang gerührt Mit Wasser verdünnen und mit einem organischen Lösungsmittel entsprechend den Eigenschaften des Amidprodukts extrahieren. Mit der Produktaufreinigung fortfahren.

Das Referenzprotokoll bleibt gleich, wenn verschiedene Aktivatoren wie AOP, PyBOP, BOP usw. verwendet werden.

Im Falle der Verwendung von HBTU bleibt das Protokoll ähnlich, jedoch ist es oft notwendig, die Temperatur der Reaktion zu erhöhen, und einige Autoren berichten von Refluxbedingungen und Konvertierungszeiten, die mit bis zu 2 oder 3 Stunden etwas länger sind.

Kombinierte Verwendung von Carbodiimid und Hydroxy-benzo-triazol

Eine Lösung der Säure (700 mg, 3,2 mmol) in DMF (10 mL) vorbereiten, 3 Äquivalente der Base (z. B. DIEA, NH4Cl oder TEA) zugeben und Reaktion auf 0 °C abkühlen lassen. Die Mischung mit 2 Äquivalenten Ethylcarbodiimid (oder anderem Carbodiimid) und 2 Äquivalenten HOBt (oder HOAt) behandeln und schließlich 1,5 Äquivalente des Amins zugeben. Bei Raumtemperatur 30-60 Minuten lang rühren. Mit Wasser quenchen und mit einem organischen Lösungsmittel entsprechend den Eigenschaften des Amidprodukts extrahieren. Mit der Produktaufreinigung fortfahren.