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酰胺鍵的構建廣泛存在于藥物活性分子、天然產(chǎn)物和生物大分子的合成中。因此，高效可靠的多肽縮合試劑在有機合成中至關重要。到目前為止，已開發(fā)出多種類型的多肽縮合試劑，并不斷拓展其應用范圍，以應對復雜多樣的分子結構需求。其中，TCFH-NMI組合便是一種“老樹新枝”的代表，該組合最初是用于含有手性中心的羧酸和非活性胺的酰胺化反應，通過在反應中原位生成高反應性的N-酰基咪唑鎓鹽驅動反應的進行（見下圖1），不僅具有優(yōu)異的立體選擇性，也實現(xiàn)了公斤級規(guī)模的生產(chǎn)（詳見高效酸胺縮合的黃金組合：TCFH-NMI）。
圖1
武田公司的一項研究顯示，在含水溶劑中使用TCFH-NMI組合能以高收率得到酰胺產(chǎn)物，揭示了該組合在含水溶劑中的應用潛力?；诖耍贂r美施貴寶公司進行了更深層次的研究：以水為主要反應介質的條件下，探索TCFH-NMI酰胺化的適用范圍和適用條件。
該公司針對TCFH-NMI組合在含水介質中的應用，探索并確立了通用操作步驟：將酸（500 mg， 1.0 eq）置于20 mL反應瓶中，依次加入含水溶劑（水：85%，有機溶劑：四氫呋喃/乙腈/丙酮，15%）、胺（1.1-1.3 eq）和NMI（3.5 eq），最后分三批加入TCFH（3*0.5 eq），批次間隔為10分鐘，加完后反應30 min。
1. 溶劑影響
含水量影響：反應通常在85%的含水量下進行，對部分化合物而言，在含水量≤50%時，隨含水量的增加，反應轉化率降低；而當含水量超過85%時，反應轉化率跟純乙腈作溶劑時相當。
有機溶劑的選擇：丙酮，四氫呋喃和乙腈可相互替代，其中丙酮作為共溶劑效果更優(yōu)，其他水溶性有機試劑也可嘗試，占比為15%。
2. 堿的用量
NMI當量（2.1和3.5 eq）對轉化率和差向異構化均無顯著影響。
Richard J. Fox和Dung L. Golden等人用武田制藥公布的方法嘗試合成一個腫瘤藥物中間體（見下圖2），但轉化率低于40%，即使更改有機溶劑和添加表面活性劑也無顯著改善，推測歸因于異丙胺的空間位阻效應，改用位阻較小的胺（如苯胺衍生物）后，轉化率顯著提高。
圖2
因而，該團隊進一步對多種胺類化合物和羧酸進行了系統(tǒng)實驗，總結了以下規(guī)律：
1. 胺類化合物
在水溶液中采用TCFH-NMI進行縮合反應，底物位阻越大，反應轉化率越低。通過對20種胺類化合物與4種羧酸進行酰胺化的試驗（見下圖3），得出以下規(guī)律：
芳香胺：含有弱吸電子基和給電子基轉化率都很高；含強吸電子基則轉化率較低；
脂肪胺：適用于強親核性胺。
圖3
另外，當使用氨作為反應底物時，含水條件下（85%水）反應效果較差，可能與氨在水中會形成氫鍵，導致其親核性降低有關，當乙腈和水占比相當時，轉化率明顯提升。
2. 羧酸
除了空間位阻同胺類化合物一樣，會對反應產(chǎn)生負面影響外，羧酸的pKa和取代基的電子效應亦是影響反應結果的關鍵因素。
pKa
在pKa 3.0-5.0的范圍內，基本遵循pKa值越大，反應效果越好，其中在3.8-5.0范圍內，轉化率可達90%以上（見圖4）。
圖4
電子效應
通過對23種不同的羧酸與芐胺反應進行Hammett式研究，結果顯示：
取代基為中等電子取代基（包括吸電子和給電子）和中性取代基時，轉化率最高（＞80%）；為強吸電子取代基時，轉化率稍低（60-80%）；為強給電子取代基時，反應轉化率很差（＜40%）。
優(yōu)秀的縮合試劑或反應體系，需同時兼顧高反應效率和優(yōu)異的立體選擇性，該團隊以芐胺與不同的氨基酸和肽進行差向異構化實驗，其中N-Boc-苯丙氨酸和N-Boc-苯甘氨酸均取得了優(yōu)異的轉化率以及er（對映體比率）值＞99.9:0.1。然而，二肽與不同的胺進行測試時，er值卻很差，猜測是因為二肽在反應過程中形成了易被消旋的噁唑酮中間體。
1. 克級規(guī)模
該團隊不僅對篩選反應底物進行了大量實驗，還進行了克級規(guī)模的放大，在丙酮/水=15%/85%體系中，進行五組不同的羧酸和胺類化合物的反應，所得產(chǎn)物純度高，且過程質量強度（PMI）遠低于行業(yè)平均值，生產(chǎn)效率高，展現(xiàn)出很好的生產(chǎn)潛力。
2. 活性分子合成
為進一步驗證該試劑在含水體系中的應用價值，此團隊將該體系應用于Linrodostat，奧拉帕尼，利伐沙班類似物，尼洛替尼，伊馬替尼等活性分子的合成， 除了尼洛替尼因反應底物溶解度差，體系粘稠等原因導致效果差外，其余均已優(yōu)異的收率和純度得到目標化合物。
文章開頭提到了TCFH-NMI的作用機制是通過形成活性N-?；溥蜴f鹽，促進反應的進行。而在含水體系中，此組合的反應效率取決于反應路徑即生成N-?；溥蜴f鹽和非反應水解路徑的平衡（見下圖5），當羧酸存在強吸電子基團或強給電子基團、胺類化合物含有很弱的給電子基團，以及兩者位阻較大時均會降低反應路徑的速率，從而使非反應路徑的占比提高，降低產(chǎn)物的收率。
圖5
該團隊還開發(fā)了監(jiān)督機器學習模型來預測TCFH-NMI組合在含水體系中進行酰胺化反應的轉化率，包括羧酸和胺的立體和電子特性，通過交叉驗證和獨立驗證集評估模型的預測性能。結果表明，該模型在預測此組合酰胺化轉化率方面表現(xiàn)良好。
總的來說，該團隊研究了超過100例使用水作為主要反應溶劑的TCFH-NMI酰胺化案例，綜合數(shù)據(jù)表明，這種組合在含水體系中是可行的，且在許多情況下可以高效、可直接分離得到產(chǎn)物，但該反應體系并非是一個適用于所有底物組合的解決方案。盡管如此，但該項工作為推動水相縮合反應及其他有機反應在含水介質中的應用提供了借鑒和啟發(fā)。
蘇州昊帆生物股份有限公司（股票代碼：301393.SZ），成立于2003年，總部位于蘇州市高新區(qū)，是一家為全球醫(yī)藥研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)提供特色原料的國家高新技術企業(yè)。產(chǎn)品主要應用于多肽、核苷酸和醫(yī)藥合成等領域，產(chǎn)品范圍涵蓋特色酰胺鍵構成用縮合劑、保護劑、鏈接劑、抗體偶聯(lián)藥物用蛋白質交聯(lián)劑、分子砌塊、脂質體、磷試劑等種類。目前已累計研發(fā)生產(chǎn)各類產(chǎn)品達1500多種。
經(jīng)過22年的不懈努力和積累，昊帆生物在全球多肽合成試劑領域持續(xù)深耕，現(xiàn)已發(fā)展成為具有廣泛定制產(chǎn)品覆蓋能力和顯著規(guī)?；a(chǎn)優(yōu)勢的領先企業(yè)，可以滿足各類客戶的特定需求。我們誠摯邀請對該產(chǎn)品感興趣的客戶與我們聯(lián)系，以便進一步了解產(chǎn)品詳情，并探討合作機會。
參考文獻：
[1] Fox, R. J.; Golden, D. L.; Chartrand, C. C., et al. Tetramethylchloroformamidinium Hexafluorophosphate?N?Methylimidazole Amidation in Water: Successes, Limitations, and a Regression Model for Prediction [J]. Org. Process Res. Dev., 2025.
