醯胺鍵合成新方法:二氯甲烷從溶劑變身偶聯試劑

醯胺鍵(其核心為 N−C=O 結構),是生物體與化學工業中極為常見的化學鍵,廣泛存在於胜肽、藥物、天然物與高分子聚合物之中。由於 N−C=O 結構能透過共振而穩定,又能形成氫鍵,醯胺鍵便能賦予分子良好的代謝穩定性與物理化學性質,因此,合成醯胺鍵一直是化學研究的重要課題。合成醯胺鍵最理想的方式,是讓羧酸與胺直接縮合,因為這種反應只會產生水這個無害副產物。然而,直接縮合有個難點,就是羧酸與胺會先發生酸鹼質子轉移,形成不具反應活性的羧酸銨鹽,使縮合無法進行;雖然高溫或微波照射等激烈條件能強行推動反應,但不適合大規模生產。因此,目前多數醯胺合成都必須先「活化」羧酸。一種方式是用 SOCl₂ 等試劑把羧酸轉換成活性較高的醯氯,但這類試劑具腐蝕性與毒性,還會釋放有害氣體;另一種方式是使用偶聯試劑(如 DCC、HATU)活化羧酸,但這些試劑往往昂貴、不夠穩定,還會產生大量副產物廢棄物(例如脲或鏻鹽)。換言之,至今仍沒有一種偶聯試劑能同時兼顧便宜、穩定與低廢棄物;也難怪美國綠色化學研究所將醯胺鍵合成列為綠色化學領域中第二重要的待解課題。因此,若能找到便宜、易取得又環保的偶聯試劑,將對醯胺合成大有助益。

近日,韓國全南大學(Chonnam National University)的研究團隊發現,實驗室最常見的溶劑之一——二氯甲烷(CH₂Cl₂)——本身就能作為醯胺合成的偶聯試劑。做法非常簡單,以碳酸鈉為弱鹼,讓羧酸與胺在含 CH₂Cl₂ 的 DMSO 中,於 80°C 下反應 12 小時,即可。CH₂Cl₂ 之所以能勝任偶聯試劑,在於它帶有親電性的亞甲基與兩個易離去的氯原子。在鹼作用下,羧酸根會以 SN2 取代攻擊二氯甲烷,生成活性中間體氯甲基酯,再與胺反應形成醯胺。此方法適用範圍很廣,研究團隊一共成功測試了 111 個例子、最高產率達 92%,且大多能保留起始物的構型;副產物水洗即可除去,反應規模更可放大至逾 20 克。研究人員表示,看似平凡的溶劑,可能藏有不為人知的反應活性。

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