合成酰胺键的一般方法

合成酰胺键的一般方法
刚才浏览帖子，看到有人问如何合成酰胺键。

由于本人博士论文是做多肽合成的，所以有一些经验。

现将我的博士论文关于如何合成酰胺键的一段贴过来，希望能对即将从事多肽合成的人有些用。

本帖原创，转载请注明出处。

在这里我们简单介绍一下多肽化学合成的方法以及常用的多肽缩合试剂。

1、酰卤法
最常用的是酰氯，一般的操作方法是将羧酸与SOCl2或者(COCl)2反应生成酰氯，然后与游离的氨基反应生成酰胺键。

催化量的DMF可以促进酰氯的生成，而DMAP可以促进酰氯和氨基的反应。

该方法的优点是活性高，可以与大位阻的氨基反应；缺点是在酸性条件下形成酰氯，很多对酸敏感的基团承受不了，还有就是产物比较容易消旋。

为了克服第一个缺点，人们发展了用氰脲酰氯（2, 4, 6-三氯-1, 3, 5-三嗪）/TEA或者PPh3/CCl4条件形成酰氯，第二个缺点可用酰氟代替酰氯加以克服。

2、混合酸酐法
氯甲酸乙酯或氯甲酸异丁酯是最常用的生成混酐的试剂。

它是利用羧酸羰基的亲电性高于碳酸羰基，从而使氨基选择性的进攻羧酸羰基形成酰胺键。

混酐法具有反应速度快，产物纯度较高等优点，但由于混酐的活性很高，极不稳定，要求反应在低温无水条件下进行，产品也容易出现消旋现象。

3、活化酯法
常见的活化酯有硝基苯酯，2, 4, 6-三氯苯酯，五氯苯酯，五氟苯酯（PfOH），N-羟基琥珀酰亚胺（HOSu）酯和N-羟基苯并三唑酯（HOBt）等。

一般的操作步骤是先制备并分离得到活化酯，再与氨基反应生成酰胺键。

由于活化酯活性较酰氯和酸酐低，可以极大地抑制消旋现象，并能在加热的条件下反应。

4、酰基迭氮法
一般是用酰肼与亚硝酸钠反应制成酰基迭氮，然后与氨基反应形成酰胺键。

优点是迭氮法引起的消旋程度较小，比活化酯法效率更高，但是，酰基迭氮中间体不稳定，产生的迭氮酸有毒，而且制备步骤繁琐。

Shioiri 等人发展的DPPA可以与羧酸现场生成酰基迭氮，很好地解决了酰基迭氮制备的问题，得到广泛的运用。

5、缩合试剂法
该方法是目前应用最广的形成酰胺键的方法，同时也广泛地应用于酯键、大环内酰胺和内酯的构建。

这种方法通常是将羧基组份和氨基组份混合，在缩合试剂作用下，中间体不经分离直接进行反应形成酰胺键。

这样就无需预先制备酰卤、酸酐和活化酯等羧基被活化的中间体，不仅简捷高效，而且可以有效地避免在活化中间体分离提纯以及存放过程中产生的一些副反应。

目前已报道的多肽缩合试剂非常繁多，从分子结构的角度上主要分为碳化二亚胺类型、磷正离子或磷酸酯类型和脲正离子类型。

发展最早和最常用的碳化二亚胺类缩合试剂是DCC。

但由于反应生成的二环已基脲（DCU）在大多数有机溶剂中溶解度很小，难以除去，人们对DCC的结构进行了改进，发展了副产物的脂溶性很好的DIPCDI 和BDDC等和副产物水溶性很好的EDCI（Figure 1.7）。

由于这类缩合试剂活性很高，往往会导致产物有较大程度的消旋，为此通常要加入HOSu，HOBt，HOAt 或HOOBt等添加剂一起使用来抑制产物消旋，同时也可有效地抑制N-酰基脲等副产物的生成。

[attach]5892[/attach]
目前常用的磷正离子或磷酸酯缩合试剂主要有BOP，PyBOP，BOP-Cl，FDP，FDPP，DEPBT，PyBrOP 等（Figure 1.8）。

这类缩合试剂形成酰胺键的机理主要是在碱性条件下羧基负离子进攻缩合试剂生成相应的酰氧基磷正离子或者碳磷混酐，然后此活泼中间体受苯并三唑氧基，卤素或者五氟苯酚负离子的进攻生成活化酯或酰卤，再与氨基反应形成酰胺键。

BOP和PyBOP是HOBt衍生的试剂，BOP试剂因为实验操作简单以及它能够提高缩合反应速度，所以它广被泛应用于肽的合成当中，缺点是在反应过程中产生致癌的有毒物质六甲基磷酰亚胺(HMPA)；而PyBOP就避免了这一缺点，因为它用吡咯啉代替了二甲胺。

BOP-Cl 和PyBrOP都是形成活泼的酰卤中间体，可以高效地促进有空间位阻的酰胺键的形成且消旋较小。

FDP和FDPP都是五氟苯酚衍生的试剂，在多肽合成中具有产物收率高，后处理简单等优点，但不适用于有空间位阻多肽的合成，FDPP特别适用于环肽的合成。

DEPBT是HOOBt衍生的磷酸酯，其特点是产物的消旋较小。

[attach]5893[/attach]
脲正离子型缩合试剂种类繁多，自1978年Dourtoglou成功地将基于HOBt的脲正离子HBTU用于多肽合成中以来，这一类型缩合试剂得到迅速的发展，并先后开发出一系列基于HOBt，HOAt，HOOBt和PfOH 等的脲正离子型试剂，常见的有TBTU，HBPyU，HATU，HAPyU，HDTU，HAPyTU等。

另外，α-卤代的脲正离子型缩合试剂也越来越在多肽合成中显示其重要的地位。

这类缩合试剂中应用较为广泛的有PyClU，TFFH，BTFFH，CIP和CTDP等（Figure 1.9）。

与磷正离子型缩合试剂类似，HOBt和HOAt衍生的脲正离子型缩合试剂参与多肽缩合反应的主要中间体分别是羧基组份的苯并三唑酯和7-氮杂苯并三唑酯。

当α-卤代的脲正离子型缩合试剂参与多肽合成时，反应的活泼中间体主要是羧基组份的酰卤和酸酐。

再贴几篇相关文献，由于文献都过1M，无法作为附件，所以只给页码。

a) S.-Y. Han, Y.-A. Kim, [i]Tetrohedron[/i] [b]2004,[/b] [i]60,[/i] 2447;
b) C. A. G. Montalbetti, V. Falque, [i]Tetrohedron[/i] [b]2005,[/b] [i]61,[/i] 10827;
c) J. M. Humphrey, A. R. Chamberlin, [i]Chem. Rev.[/i] [b]1997,[/b] [i]97,[/i] 2243.
好人啊
这位大哥在下想用酰胺建把一分子结到带氨基的固体上用上述方法哪个好啊
R-C=O-O-R（酯）+ NH2-R-Solid
你看能行不恳请赐教
回复3楼的ybbhfdf 的帖子
建议你用活化试剂，象HATU，或者HOBt/EDC，当然酯要先水解。

这在多肽的固相合成中用的很多。

感谢楼上的
但是我这个酯是怕水的水解会不会不行啊
回复5楼的ybbhfdf 的帖子
如果是这样的话，那就是酯的胺解，
以上的方法都用不上了。

你可以试试将酯和氨基溶解在THF中，加入有机碱，比如TEA，加热回流。

Solid phase与Solution phase差别很大，我没有经验。

[[i] 本帖最后由yushouyun 于2008-3-25 23:48 编辑[/i]]
真的很感谢你谢谢
太感谢了，这段时间都在做这类反应。

至于N-酰基脲，有什么比较好的方法除去呢？
我采用DCC和EDCI都有这个副产物，并且有一次能通过冲柱子分离出了纯品……但大部分情况都和主斑点有交叉，主要是后面有步水解，老让脲出来……
楼主辛苦了
我以前也看过这样的帖子，但是没有楼主写的经典啊.
不错，挺好的
yushouyun 介绍的都是有机合成上的经典方法，对于做酰胺合成的很有借鉴意义。

其实据我所知，做生命起源研究的科学家提出了一些肽链合成（即酰胺键形成过程）的方法，对有机合成应用不大，但也很有意思，有兴趣不妨了解了解
About HATU and HBTU: The best way is to mix acid (1.1) and HATU (1.0) and DIPEA (2.0) in DMF (CH2Cl2, CH3CN) for 20 min at r.t (large scale, ice cold bath). Then amine (1 equiv) was added. Remember, amine can react with HATU and HBTU. HATU is such a powerful reagent that hydroxyl group can also be coupled.
[quote]原帖由[i]ybbhfdf[/i] 于2008-3-24 12:44 发表[url=/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=50652&ptid=13947][img]http :///bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
这位大哥在下想用酰胺建把一分子结到带氨基的固体上用上述方法哪个好啊
R-C=O-O-R（酯）+ NH2-R-Solid
你看能行不恳请赐教[/quote]
我和你的问题一样啊。

请问你的最后解决了吗？
[quote]原帖由[i]hunter0308[/i] 于2008-4-7 21:19 发表[url=/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=52506&ptid=13947][img]http :///bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
太感谢了，这段时间都在做这类反应。

至于N-酰基脲，有什么比较好的方法除去呢？
我采用DCC和EDCI都有这个副产物，并且有一次能通过冲柱子分离出了纯品……
但大部分情况都和主斑点有交叉，主要是后面有步水解，老 ... [/quote]
EDC的副产物是比较好溶的吧？
酰基脲是个讨厌的东西。

的确是要加入HOSu，HOBt，HOAt或HOOBt等添加剂
回复1# yushouyun 的帖子
顶
非常感谢！
受教了，收藏
回复7# ybbhfdf 的帖子
请教，我在用EDC/HOBT做脯氨酸的酰胺过程中产率只有文献报道的一半（46%），如何能提高产率？另外过柱子时都是第一和三点先下来，最后才出要得第二点，使得产率会更低，有没有好的其他纯化方法？
回复19# wangqiong_lzu 的帖子
过柱是可以改变淋洗剂。

估计你用的是EA/hex，可以改用CHCl3/acetone试试。

总结的实在太好了
第三条活化酯法有个疑问：合成酯是不是要比酐或酰氯复杂？
回复22# dawn0675 的帖子
不复杂，正常情况活化酯需要分离提纯，
而酰氯和混酐不需分离。

也试试介绍一个老但在医药工业中实用的方法：用硼酸催化羧酸和胺直接脱水
Organic Syntheses, Vol. 81, p.262
Many procedures for the formation of carboxylic acid amides are known in the literature. The most
widely practiced method employs carboxylic acid chlorides as the electrophiles which react with the
amine in the presence of an acid scavenger. Despite its wide scope, this protocol suffers from several
drawbacks. Most notable are the limited stability of many acid chlorides and the need for hazardous
reagents for their preparation (thionyl chloride, oxalyl chloride, phosgene etc.) which release corrosive
and volatile by-products. Moreover, almost any other functional group in either reaction partner needs
to be protected to ensure chemoselective amide formation.2 The procedure outlined above presents a
convenient and catalytic alternative to this standard protocol.
Although there are several reports in the literature on boron-mediated amide formations, the boron
reagents had to be used in stoichiometric amounts.3,4,5,6,7,8,9 Recently, Yamamoto et al. presented the first
truly catalytic method allowing for a direct amide formation from free carboxylic acids and amines as
the reaction partners.10,11,12 Best results were obtained by using phenylboronic acids bearing electron
withdrawing substituents in the meta- and/or para-positions such as 3,4,5-trifluorophenylboronic acid or
3,5-bis(trifluoromethyl)boronic acid as the catalysts.
During the course of our discovery program directed to small molecules for drug delivery, it was
discovered that cheap, readily available, non-toxic, and environmentally benign boric acid, B(OH)3, also
constitutes a highly effective catalyst for direct amide formation. Benzylamines and cyclic aliphatic
amines such as piperidines react smoothly. In most cases, the use of 5 mol% of B(OH)3 is sufficient for
obtaining excellent yields. Likewise, aniline derivatives afford the corresponding amides without
incident even if they are hardly nucleophilic due to the presence of electron withdrawing substituents on
the arene ring; in such cases, however, the amount of B(OH)3 has to be increased to ca. 25% to ensure
complete conversion. The scope of the method is illustrated by the examples compiled in T ables 1 and
2. Particularly noteworthy are the operational simplicity of this new method which might therefore
qualify for large-scale preparations, as well as the excellent chemoselectivity profile that can make
protection/deprotection sequences obsolete.
最好标明出处
因为是引自您写的论文,最好把论文全名,相关文献,作者单位等都标明,这样方便别人引用,也是对论文作者的尊重.:)
回复25# cpuchen 的帖子
这就不必了，
如真需要，私下发信给我，我提供论文全文的pdf文件。

还有一个最近的方法，发在2007 年的science 上，用金属有机催化剂直接反应－－羧酸和胺
以上只是经典的方法，
现在流行native ligation，
不用任何缩合试剂。

感兴趣的chem8er可以查查Kent，JWBode和SJ Danishefsky的文献。

回复1# yushouyun 的帖子
楼主你好，我在用EDC.HCL/HOBT做酰胺的过程中，产率老是不高，只有百分之四十左右，具体操作是零摄氏度下EDC.HCL/HOBT混合溶于二氯甲烷，然后再加入酸和胺的二氯甲烷，最后慢慢向体系中滴加三乙胺，维持零度两个小时后室温过夜，以上均做无水处理，但最后产率不能提高，还望楼主指点！
回复29# sunyalei508 的帖子
首先你可试着改变加料次序，
先将EDCI/HOBt与酸混合，滴加碱，零度搅拌15min左右，再加胺组分（如果是盐要实现中和）。

如果还不行，可以试着换缩合试剂，比如EDCI/HOAt 或者HATU，不过HOAt和HATU比HOBt贵的多。

很不错，学习中！:victory:
回复1# yushouyun 的帖子
很受益啊。

我现在也在做酰胺，只不过是在水溶胶表面上做接枝。

开始用的是EDC，产率很低，大概只有百分之几。

后来加了sulfo-NHS,在冰浴里做，可是也没有太大的改变。

头疼死了。

由于是水溶胶，又只能在水里做。

老板坚持说EDC很有用。

现在根本不知道问题出在哪儿。

LZ能指点下不
不错:kiss: :kiss: :kiss: :kiss: :kiss:
回复32# Dormouse 的帖子
EDC一般都用DCM或者DMF做溶剂，我没见过用水做溶剂的。

回复34# yushouyun 的帖子
谢谢LZ。

如果我用DMF做溶剂，还要控制pH值吗？以前从来没有做过化学合成的东西
回复35# Dormouse 的帖子
一般要加TEA或者DIPEA作为碱。

回复36# yushouyun 的帖子
很感谢啊。

那碱大概要加多少呢？
回复37# Dormouse 的帖子
2-3 eq.
回复38# yushouyun 的帖子
真的很感谢啊。

那EDC就按和羧基1：1加入就行了吗？因为一个老师建议我加10倍的EDC
看情况，活性高的羧酸，EDC加1.1eq就行了，活性差的羧酸就多加点。

非常有用的东西，感谢分享
收藏了
感谢LZ分享
学习学习
[b]
[url=/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=54738&ptid=13947]10#[/url] [i]ahfymgy[/i] [/b]
very good
请问如果我想做大豆蛋白和带羧基的小分子的酰胺反应。

应该采用哪些缩合剂比较好呢？需要效率高些的。

:)，总结挺好的
我做接枝，拿edc/nhs
问下楼主，如果要把L-脯氨酰胺乙酰化成N-乙酰基脯氨酰胺，用乙酰氯会不会外消旋掉？
[b]
[url=/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=200061&ptid=13947]48#[/url] [i]smale[/i] [/b]
这个基本不会吧。

目标产物应该是个已经物，照着文献做就行了。

不错! 感谢分享!
很感谢你万分谢谢
请教一下，芳香的胺和脂肪酸反应，用什么偶合试剂比较好？
我看到有用HBTu (1 eq.)/DMAP (1 eq.)，但是这个方法比较奇怪，很少看到文献有HBTu 和DMAP 一起用，一般都是HBTu/HOBt ，这里DMAP 是什么作用，这么用可行么？
我还看到直接用HBTu 在DMF 中做的，没有加其他的东西，单一的这个试剂可行么？尤其对有芳香性的胺！
谢谢！
[quote]刚才浏览帖子，看到有人问如何合成酰胺键。

由于本人博士论文是做多肽合成的，所以有一些经验。

现将我的博士 ...
[size=2][color=#999999]yushouyun 发表于2008-3-24 01:13[/color]
[url=/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=50584&ptid=13947][img]http :///bbs/images/common/back.gif[/img][/url][/size][/quote]
谢谢分享
向前辈们学习
如果我想大批量的合成酰胺，目的是通过酰胺键的形成对我合成的粒子进行修饰，楼主有经济合理的方法推荐么？因为我觉得大家提到的EDCI如果按我的量做一次要加几十克了，好像很不实际啊
我想用酰胺键把一带氨基的分子（蛋白质分子）连接到带羧基的电极上，R-NH2 + HOOC-R-Solid ，我用EDC+NHS（溶解在DMSO中）活化羧基30分钟，与R-NH2反应2h，随后这样修饰的电极在pH7.4的磷酸溶液中进行实验。

我不清楚这样的条件是否可以？pH7.4的水溶液对酰胺键的稳定性有影响吗？另外，我看到有文献是用水溶解EDC/NHS，水相也可以做酰胺键的合成吗？
[b]回复
[url=/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=92814&ptid=13947]30#[/url] [i]yushouyun[/i] [/b]
今天试着做了一次，将酸溶到DCM中，降温加thionyl chloride, 加TEA，结果呼呼冒烟:funk: 坚持着加完，又滴了DMF
感觉应该是常温时加TEA然后降温，估计是顺序弄错了不知道会出什么结果反应等待中
很感谢分享……
正需要做酰胺
学习，学习！
很全面，非常好
hao tie
学习了！
谢谢楼主分享~
好像看过一篇PPT讲酰胺键很好的
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Materials Required
• Activation Buffer: 0.1 M MES, 0.5 M NaCl, pH 6.0
• Coupling Buffer: Phosphate-buffered saline (PBS), 100 mM sodium phosphate, 150 mM NaCl; pH 7.2 (Product No.
28372)
• Protein # 1: Prepared in Activation Buffer at 1 mg/ml
• Protein # 2
• NHS or Sulfo-NHS (Product No. 24500 and 24510, respectively)
• 2-Mercaptoethanol (Product No. 35600)
• (Optional) Zeba™ Desalt Spin Column (Product No. 89891) or other gel filtration column • Hydroxylamine•HCl (Product No. 26103)
Procedure
1. Equilibrate EDC and NHS to room temperature before opening bottles.
2. Add 0.4 mg EDC (~2 mM) and 0.6 mg of NHS or 1.1 mg of sulfo-NHS (~5 mM) to 1 ml of protein #1 solution and react
for 15 minutes at room temperature.
3. Add 1.4 µl of 2-mercaptoethanol (final concentration of 20 mM) to quench the EDC.
4. Optional: Separate the protein from excess reducing agent and inactivated crosslinker using a desalting column.
Equilibrate the column with Coupling Buffer (PBS).
5. Add protein #2 to the activated protein prepared in Coupling Buffer at an equal molar ratio with protein #1. Allow the
proteins to react for 2 hours at room temperature.
6. To quench the reaction, add hydroxylamine to a final concentration of 10 mM. This method hydrolyzes nonreacted NHS
present on protein #1 and results in hydroxamate. Other quenching methods involve adding 20-50 mM Tris, lysine,
glycine or ethanolamine; however, these primary amine-containing compounds modify carboxyls on protein #1.
7. Remove excess quenching reagent using a desalting column.
这个你参考一下，其实多肽合成完全没必要用NHS。