酰胺鍵形成在藥物合成中是一種基礎(chǔ)反應(yīng)，已有多種酰胺化試劑被開發(fā)用于高效偶聯(lián)羧酸和胺【】。2018年，Beutner等人報(bào)道了TCFH-NMI組合，可用于偶聯(lián)位阻羧酸與非親核胺，且在許多情況下無相鄰立體中心的差向異構(gòu)化【】。后續(xù)研究證實(shí)了TCFH-NMI在千克級(jí)規(guī)模上的有效性。近期，Takeda的Bailey等人報(bào)道了在水中進(jìn)行TCFH-NMI酰胺化的例子，使用水作為主要反應(yīng)溶劑，這有助于減少有機(jī)溶劑使用（有機(jī)溶劑占制藥廢物的50%以上）。

2025年，BMS公司的 Richard J. Fox和Dung L. Golden等人報(bào)道了 使用TCFH-NMI（四甲基氯甲脒六氟磷酸鹽-N-甲基咪唑）酰胺化條件以水為主要反應(yīng)溶劑的研究結(jié)果。研究了超過100個(gè)例子，包括簡(jiǎn)單和更復(fù)雜的藥物相關(guān)活性藥物成分結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)了關(guān)于反應(yīng)范圍的一般趨勢(shì)。還開發(fā)并描述了監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)XGBoost和梯度提升回歸模型，用于預(yù)測(cè)水中TCFH-NMI酰胺化的轉(zhuǎn)化率?！?Org. Process Res. Dev. 2025, https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5c00299 】

初始實(shí)驗(yàn)與底物范圍

研究首先嘗試在水中合成酰胺5（一種免疫腫瘤藥物中間體），但使用異丙胺時(shí)轉(zhuǎn)化率低（<40%相對(duì)面積百分?jǐn)?shù)，RAP），即使添加表面活性劑（如TPGS-750-M）也無顯著改善。這歸因于異丙胺的位阻效應(yīng)。改用位阻較小的胺（如苯胺衍生物）時(shí)，轉(zhuǎn)化率顯著提高，且丙酮作為共溶劑比乙腈或THF更可持續(xù)。

進(jìn)行了80個(gè)底物的篩選（4種羧酸和20種胺在水中/丙酮中）。

胺的影響：高吸電子苯胺（如對(duì)硝基苯胺）反應(yīng)差；中等吸電子至給電子苯胺反應(yīng)良好；強(qiáng)親核脂肪胺（如芐胺）反應(yīng)良好；增加位阻（如叔丁胺）降低反應(yīng)性。

羧酸的影響：增加位阻（如從酸15到17）降低轉(zhuǎn)化率。使用對(duì)映純羧酸16時(shí)，13種酰胺產(chǎn)物的對(duì)映體比率均>99.5:0.5 er，表明水中條件無顯著差向異構(gòu)化。

其中RAP值用顏色編碼表示趨勢(shì)（綠色>90%，黃色60-90%，橙色30-60%，紅色<30%）。

肽偶聯(lián)與差向異構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)

測(cè)試了NBoc-L-苯基甘氨酸（36）、NBoc-L-苯丙氨酸（38）和Z-Gly-Phe肽（40）與芐胺的偶聯(lián)。

1、36和38在水中/丙酮中轉(zhuǎn)化率高，er >99.9:0.1。

2、40與芐胺偶聯(lián)時(shí)轉(zhuǎn)化率低且差向異構(gòu)化增加（er 83:17），這與非水條件相似，可能因反應(yīng)混合物形成稠漿，降低偶聯(lián)速率。改用NBoc哌嗪時(shí)，轉(zhuǎn)化率提高至66 RAP，但差向異構(gòu)化仍存在（er 71:29）。

3、NMI當(dāng)量（2.1 vs 3.5 equiv）對(duì)轉(zhuǎn)化率和差向異構(gòu)化無顯著影響。

羧酸pKa和電子效應(yīng)

羧酸pKa影響轉(zhuǎn)化率：pKa從3增至4.5時(shí)，轉(zhuǎn)化率穩(wěn)步增加；pKa在3.8至5.0時(shí)轉(zhuǎn)化率優(yōu)秀（≥90% RAP），但對(duì)二甲氨基苯甲酸（pKa ~5.0）僅22% RAP。

Hammett類研究（23種對(duì)位取代苯甲酸衍生物）顯示：

1、中性至中等電子取代基（σ-para值在-0.3至+0.5）轉(zhuǎn)化率最高。

2、強(qiáng)吸電子取代基（σ-para > +0.5，如SO2NH2、CF3、CN、NO2）轉(zhuǎn)化率稍低。

3、強(qiáng)給電子取代基（σ-para < -0.4，如n-BuNH、NHEt、NEt2、NMe2）轉(zhuǎn)化率陡降，僅回收羧酸。

氨作為親核試劑

使用氨作為親核試劑時(shí)，水條件效果差于乙腈控制條件，可能因水中氫鍵增強(qiáng)和親核性降低。但在~50:50水:乙腈中可實(shí)現(xiàn)良好轉(zhuǎn)化率。

放大實(shí)驗(yàn)與收率

在10克規(guī)模進(jìn)行了5個(gè)例子（化合物49、60、61、62、63），使用15 vol%丙酮在水中（總?cè)軇?0 L/kg），所有反應(yīng)均形成均勻溶液后轉(zhuǎn)化為良好懸浮液，過濾后分離產(chǎn)物。所有產(chǎn)物純度高，過程質(zhì)量強(qiáng)度（PMI）≤21，低于行業(yè)平均值43。

藥物分子合成應(yīng)用

Linrodostat (65)：在水/乙腈（85:15）中，使用1.3 equiv 4-氯苯胺、3.5 equiv NMI和1.8 equiv TCFH，10克規(guī)模收率93%，純度98.5%。無差向異構(gòu)化，PMI=16.8。

Olaparib (69)：在水/丙酮（85:15）中，使用1.2 equiv胺68（HCl鹽）、4.8 equiv NMI和1.8 equiv TCFH，10克規(guī)模收率84%，純度>99%。需額外添加NMI和TCFH以實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，PMI=17.6。

Rivaroxaban衍生物(74)：因酸71 pKa低（~3.2），水中轉(zhuǎn)化率僅53%；改用甲氧基取代酸73（pKa ~3.9）后，轉(zhuǎn)化率>99% RAP，10克規(guī)模收率92%，純度>99%。共溶劑（乙腈、THF、丙酮）均可，但乙腈利于結(jié)晶。

Nilotinib (77)：水中轉(zhuǎn)化率<5%，可能因反應(yīng)混合物稠厚、溶解度差。交叉實(shí)驗(yàn)表明酸75和胺76均有反應(yīng)性問題。

Imatinib (83)：使用酸82和胺81，在水中/丙酮（80:20）中轉(zhuǎn)化率>95% RAP。

機(jī)器學(xué)習(xí)回歸模型

開發(fā)了監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型（使用Python和Scikit-learn）預(yù)測(cè)RAP，特征包括酸和胺的立體和電子性質(zhì)（通過Auto-QChem量化）。模型評(píng)估顯示樹基模型（XGBoost和Gradient Boosting）性能最佳（驗(yàn)證RMSE0.25-0.28，MAE0.19-0.26），優(yōu)于線性模型。特征分析表明酸和胺的偶極和摩爾體積是關(guān)鍵影響因素，溶解度特征（如懸浮液外觀）也有一定貢獻(xiàn)。模型成功預(yù)測(cè)了保留底物（如69、72、77、83）的RAP。

機(jī)理討論

TCFH/NMI水作為主要溶解酰胺化方法的成功取決于反應(yīng)路徑（形成N-?；溥蜴f中間體，后與胺反應(yīng)）與非反應(yīng)水解路徑（TCFH或中間體水解）的平衡。羧酸電子效應(yīng)過強(qiáng)（吸電子）或過弱（給電子）及位阻增加均會(huì)降低反應(yīng)路徑速率。

實(shí)驗(yàn)操作

General Amidation Procedure in Water/Cosolvent：To the carboxylic acid (500 mg, 1 equiv) in a 20 mL glass scintillation vial equipped with a pressure-rated screw cap septum and magnetic stir bar was charged water (15 L/kg) and cosolvent (2.65 L/kg, either THF, acetone, or CH3CN, 15 vol% cosolvent), followed by the amine (1.1?1.3 equiv) and NMI (3.5 equiv). TCFH (3 × 0.5 equiv) was then added in portions, waiting ～10 min between each 0.5 equiv of charge. After an additional 30 min, the reactions were analyzed.

作者研究了超過100個(gè)以水為主要反應(yīng)溶劑的TCFH-NMI酰胺化例子。組合數(shù)據(jù)集支持這種試劑/溶劑組合是可行的，并且在許多情況下可以導(dǎo)致產(chǎn)物的高效形成和直接分離，但它不是所有底物組合的通用解決方案。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持羧酸和胺起始材料的立體和電子特征影響了水中TCFH-NMI偶聯(lián)的成功?？傮w而言，雖然不是通用解決方案，但希望這項(xiàng)工作能激勵(lì)其他人探索使用水作為TCFH-NMI和其他常見有機(jī)轉(zhuǎn)化的主要反應(yīng)溶劑。

參考資料

Tetramethylchloroformamidinium Hexafluorophosphate?N?Methylimidazole Amidation in Water: Successes, Limitations, and a Regression Model for Prediction；Richard J. Fox,* Dung L. Golden,* Caitlin C. Chartrand, Lauren N. Grant, William P. Gallagher, and Matthew J. Goldfogel；

Org. Process Res. Dev. 2025, https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5c00299。