Información de fondo:
Entre ellas, la combinación TCFH-NMI representa un ejemplo de "árbol antiguo con nuevas ramas". Esta combinación se utilizó originalmente para la reacción de amidación de ácidos carboxílicos con centros quirales y aminas inactivas. Al generar sales de N-acilimidazolio altamente reactivas in situ durante la reacción, esta se impulsa (véase la Figura 1 a continuación). No solo presenta una excelente estereoselectividad, sino que también logra una producción a escala de kilogramos (véase la combinación ideal para la condensación eficiente de ácido-amina: TCFH-NMI).
Figura 1
Un estudio de Takeda Corporation demostró que la combinación TCFH-NMI puede producir productos de amida con altos rendimientos en disolventes acuosos, lo que revela su potencial de aplicación en disolventes acuosos. Con base en esto, Bristol-Myers Squibb realizó investigaciones adicionales para explorar la aplicabilidad y las condiciones de la amidación TCFH-NMI bajo agua como medio de reacción principal.
I. Condiciones de reacción:
La compañía exploró y estableció un procedimiento operativo general para la aplicación de la combinación TCFH-NMI en medios acuosos: se coloca ácido (500 mg, 1,0 eq) en un matraz de reacción de 20 mL y se añaden en secuencia disolvente acuoso (agua: 85 %, disolvente orgánico: tetrahidrofurano/acetonitrilo/acetona, 15 %), amina (1,1-1,3 eq) y NMI (3,5 eq). Finalmente, se añade TCFH (3*0,5 eq) en tres lotes con un intervalo de 10 minutos entre lotes, y la reacción se lleva a cabo durante 30 min después de completarse la adición.
1. Influencia del disolvente:
(1) Influencia del contenido de agua: la reacción se lleva a cabo habitualmente con un contenido de agua del 85 %. Para algunos compuestos, cuando el contenido de agua es ≤50 %, la tasa de conversión de la reacción disminuye con el aumento del contenido de agua; Mientras que cuando el contenido de agua supera el 85%, la tasa de conversión de la reacción es comparable a la del acetonitrilo puro como disolvente.
(2) Selección del disolvente orgánico: La acetona, el tetrahidrofurano y el acetonitrilo pueden sustituirse entre sí. Entre ellos, la acetona es mejor como codisolvente. También se pueden probar otros reactivos orgánicos solubles en agua, que representan el 15%.
2. Cantidad de base:
El equivalente de NMI (2,1 y 3,5 eq) no tiene un efecto significativo en la tasa de conversión ni en la epimerización.
II. Sustrato de reacción:
Richard J. Fox y Dung L. Golden et al. intentaron sintetizar un intermedio para un fármaco oncológico utilizando el método publicado por Takeda Pharmaceutical (véase la Figura 2 a continuación), pero la tasa de conversión fue inferior al 40 %. Ni siquiera cambiando el disolvente orgánico ni añadiendo un surfactante se mejoró significativamente la tasa de conversión. Esto se debió presumiblemente al efecto de impedimento estérico de la isopropilamina. Tras cambiar a una amina con menor impedimento estérico (como un derivado de anilina), la tasa de conversión mejoró significativamente.
Figura 2
Por lo tanto, el equipo realizó experimentos sistemáticos adicionales con varios compuestos de amina y ácidos carboxílicos y resumió las siguientes reglas:
1. Cuando los compuestos de amina
experimentan reacciones de condensación en solución acuosa utilizando TCFH-NMI, cuanto mayor sea el impedimento estérico del sustrato, menor será la tasa de conversión de la reacción. A través de experimentos de amidación de 20 compuestos de amina con 4 ácidos carboxílicos (véase la Figura 3 a continuación), se obtuvieron las siguientes reglas:
(1) Aminas aromáticas: La tasa de conversión es alta cuando contiene grupos débiles atractores de electrones y grupos donadores de electrones; la tasa de conversión es baja cuando contiene grupos fuertes atractores de electrones;
(2) Aminas alifáticas: Adecuadas para aminas nucleófilas fuertes.
Figura 3
Además, cuando se utiliza amoníaco como sustrato de reacción, la reacción es menos efectiva en condiciones acuosas (85% de agua), posiblemente porque el amoníaco forma enlaces de hidrógeno en agua, lo que reduce su nucleofilia. La tasa de conversión mejora significativamente cuando las proporciones de acetonitrilo y agua son aproximadamente iguales.
2. Ácidos carboxílicos
Además del impedimento estérico, que, como las aminas, afecta negativamente a la reacción, el pKa de los ácidos carboxílicos y los efectos electrónicos de los sustituyentes también son factores clave que influyen en los resultados de la reacción.
(1) pKa
Dentro del rango de pKa de 3,0-5,0, cuanto mayor sea el valor de pKa, mejor será el efecto de la reacción. En el rango de 3,8-5,0, la tasa de conversión puede alcanzar más del 90% (véase la Figura 4).
Figura 4
(2) Efectos electrónicos:
Se realizaron estudios de tipo Hammett sobre la reacción de 23 ácidos carboxílicos diferentes con bencilamina. Los resultados mostraron que
la tasa de conversión fue máxima (>80%) cuando los sustituyentes eran de electrones medios (incluyendo atractores y donadores de electrones) y neutros; la tasa de conversión fue ligeramente inferior (60-80%) cuando los sustituyentes eran atractores de electrones fuertes; y la tasa de conversión fue muy baja (<40%) cuando los sustituyentes eran donadores de electrones fuertes.
III. Isomerización diferencial:
Un excelente reactivo de condensación o sistema de reacción debe lograr simultáneamente una alta eficiencia de reacción y una excelente estereoselectividad. Este equipo realizó experimentos de epimerización con bencilamina y diversos aminoácidos y péptidos, logrando excelentes tasas de conversión y valores de razón enantiomérica (r.e.) >99,9:0,1 tanto para la N-Boc-fenilalanina como para la N-Boc-fenilglicina. Sin embargo, al analizar el dipéptido con diferentes aminas, los valores de r.e. fueron bajos, lo que se especuló que se debía a que el dipéptido formó un intermedio de oxazolona racémica durante la reacción.
IV. Aplicaciones prácticas:
1. Escala de gramos:
El equipo no solo realizó experimentos exhaustivos para seleccionar sustratos de reacción, sino que también escaló la reacción a escala de gramos. En una proporción de acetona/agua del 15%/85%, reaccionaron cinco grupos diferentes de ácidos carboxílicos y aminas, obteniendo productos con alta pureza e intensidad de calidad del proceso (PMI) muy por debajo del promedio de la industria, demostrando una alta eficiencia de producción y un excelente potencial de producción.
2. Síntesis de moléculas activas:
Para verificar aún más el valor de la aplicación de este reactivo en sistemas acuosos, el equipo aplicó este sistema a la síntesis de moléculas activas como Linrodostat, olaparib, análogos de rivaroxabán, nilotinib e imatinib. A excepción del nilotinib, que mostró malos resultados debido a la baja solubilidad del sustrato y la viscosidad del sistema, los compuestos objetivo se obtuvieron con excelentes rendimientos y pureza para los demás.
V. Mecanismo de reacción:
El artículo comienza mencionando que el mecanismo de acción del TCFH-NMI consiste en promover la reacción mediante la formación de una sal activa de N-acilimidazolio. En sistemas acuosos, la eficiencia de esta combinación depende del equilibrio entre la vía de reacción (es decir, la formación de la sal de N-acilimidazolio) y la vía de hidrólisis no reactiva (véase la Figura 5 a continuación). Cuando los ácidos carboxílicos contienen grupos fuertemente atractores o donadores de electrones, los compuestos amínicos contienen grupos donadores de electrones muy débiles, y ambos presentan un impedimento estérico significativo, la velocidad de la vía de reacción se reduce, aumentando así la proporción de la vía no reactiva y reduciendo el rendimiento del producto.
Figura 5
VI. Modelos de aprendizaje automático:
El equipo también desarrolló un modelo de aprendizaje automático supervisado para predecir la tasa de conversión de la combinación TCFH-NMI en un sistema acuoso para la amidación, incluyendo las propiedades estereoscópicas y electrónicas del ácido carboxílico y la amina. El rendimiento predictivo del modelo se evaluó mediante validación cruzada y conjuntos de validación independientes. Los resultados mostraron un buen rendimiento del modelo en la predicción de la tasa de conversión de amidación de esta combinación.
Conclusión general:
En resumen, el equipo estudió más de 100 casos de amidación TCFH-NMI utilizando agua como disolvente principal de la reacción. Los datos combinados indican que esta combinación es viable en sistemas acuosos y, en muchos casos, permite una separación eficiente y directa del producto. Sin embargo, este sistema de reacción no es una solución aplicable a todas las combinaciones de sustratos. No obstante, este trabajo proporciona información valiosa e inspiración para avanzar en la aplicación de las reacciones de condensación acuosa y otras reacciones orgánicas en medios acuosos.
Acerca de Highfine Biotech:
Suzhou Highfine Biotech Co., Ltd. (Código bursátil: 301393.SZ), fundada en 2003 y con sede en la Zona de Alta Tecnología de Suzhou, es una empresa nacional de alta tecnología que proporciona materias primas especializadas a empresas globales de I+D y fabricación farmacéutica. Sus productos se utilizan principalmente en la síntesis de péptidos, nucleótidos y fármacos, abarcando una amplia gama que incluye agentes condensantes para la formación de enlaces amida especializados, agentes protectores, enlazadores, agentes de reticulación de proteínas para conjugados anticuerpo-fármaco, bloques de construcción moleculares, liposomas y reactivos de fósforo. Actualmente, ha desarrollado y producido más de 1500 productos.
Tras 22 años de incansable esfuerzo y acumulación, Highfine Biotech ha profundizado continuamente su experiencia en el campo global de reactivos para la síntesis de péptidos y se ha convertido en una empresa líder con una amplia gama de productos personalizados y ventajas significativas en la producción a gran escala, capaz de satisfacer las necesidades específicas de diversos clientes. Invitamos cordialmente a los clientes interesados en nuestros productos a contactarnos para obtener más información y analizar oportunidades de colaboración.
Referencias:
[1] Fox, RJ; Golden, DL; Chartrand, CC, et al. Amidación de hexafluorofosfato de tetrametilcloroformamidinio−N‑metilimidazol en agua: Éxitos, limitaciones y un modelo de regresión para la predicción [J]. Org. Process Res. Dev., 2025.
