理論研究借連續(xù)手法，一步到‘唑’

然而由于四唑類產(chǎn)物在傳統(tǒng)設(shè)備中合成路徑的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)性，限制了其在藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的廣泛應(yīng)用與探索。

圖1. （A） 生物活性化合物中的單取代四唑異構(gòu)體；（B） 1-取代-1H-四唑的合成方法

中東歐地區(qū)最大的制藥和生物技術(shù)企業(yè)之一的吉瑞醫(yī)藥（Gedeon Richter Plc.）János E?les團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的連續(xù)流策略，可以在幾分鐘內(nèi)從初級(jí)胺安全地獲得四唑，并且證明了該方法的普適性，更是*次成功合成了新型四唑產(chǎn)物，為藥物化學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了新的思路。

實(shí) 驗(yàn) 研 究

反應(yīng)體系構(gòu)建：首先，研究人員使用芐胺（4a）作為反應(yīng)模板的底物，使用TMSN₃作為疊氮試劑，在原甲酸三甲酯（TMOF）參與下，反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物四唑（5a）（圖2A）。然而，對(duì)反應(yīng)液的分析表明， 5a只是反應(yīng)的次要產(chǎn)物，副產(chǎn)物為起始原料的衍生物甲脒（6）和甲酰胺（7），前者的含量更高（圖2B）。

圖2. （A）連續(xù)流合成四唑的示意圖（B）芐胺參與反應(yīng)中形成的副產(chǎn)物

熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析：經(jīng)過對(duì)反應(yīng)能的理論分析計(jì)算，確定四唑（5a）是熱力學(xué)上*穩(wěn)定的產(chǎn)物，但可能需要克服較高的能壘，這使得熱力學(xué)上不太穩(wěn)定的副產(chǎn)物（6和7）能夠作為動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物形成。

優(yōu)化策略：基于以上結(jié)果，研究人員對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化集中在探索溫度和停留時(shí)間（圖3）對(duì)四唑形成的影響上：

•  在反應(yīng)溫度150℃，反應(yīng)停留時(shí)間15min時(shí)，產(chǎn)物收率能夠達(dá)到最高 

• 轉(zhuǎn)化率和選擇性穩(wěn)定，收率為84%（1.73g，384 mg/h產(chǎn)能）

• 將優(yōu)化的反應(yīng)條件運(yùn)行數(shù)小時(shí)證明該方法的穩(wěn)健性，因?yàn)檗D(zhuǎn)化率和選擇性是恒定的，收率為84%（1.73g，384 mg/h產(chǎn)能）。

圖3. 芐胺制備四唑反應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化

適用性：研究人員研究了該優(yōu)化條件對(duì)不同取代芐胺的適用性（圖4）。

當(dāng)研究人員將芐胺底物優(yōu)化的條件用于芳香胺2-氯苯胺（10c）時(shí)，觀察到收率顯著下降。

對(duì)反應(yīng)混合物的分析表明，這是由于形成了不同的副產(chǎn)物，鑒定為起始原料的N-乙?；?）和N-甲基氨基甲酸酯（9）衍生物（圖5）。

圖5. 2-氯苯胺反應(yīng)生成的副產(chǎn)物

熱力學(xué)理論分析：研究團(tuán)隊(duì)理論計(jì)算出的反應(yīng)能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致，表明在這種情況下，副產(chǎn)物（8和9）在熱力學(xué)上比目標(biāo)四唑產(chǎn)物更有利。因此，在較低溫度下實(shí)現(xiàn)了副產(chǎn)物形成的抑制和更好的產(chǎn)品收率（圖6）。

圖6. 2-氯苯胺制備四唑反應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：在反應(yīng)溫度為100℃，反應(yīng)停留時(shí)間8min時(shí)，獲得了良好的收率和選擇性。

廣泛適用性：新條件被應(yīng)用于具有不同官能團(tuán)的芳香胺（圖7），鹵素（11c，11j）、醇（11l）、醚（11d，11e，11m）、酯（11g）和胺（11i）取代基相應(yīng)的四唑均取得了良好的收率。

圖7. 苯胺衍生物在連續(xù)流合成四唑中的應(yīng)用范圍

脂肪族胺與雜環(huán)芳族胺四唑化反應(yīng)條件的精準(zhǔn)應(yīng)用:研究人員將該方法進(jìn)一步應(yīng)用于脂肪族胺和雜環(huán)芳族胺（圖8）。

圖8. 脂肪族和雜環(huán)芳香族衍生物在連續(xù)流合成四唑中的應(yīng)用

根據(jù)一些初步實(shí)驗(yàn)和可能產(chǎn)物的計(jì)算相對(duì)能量，脂肪族胺的反應(yīng)活性更接近芐胺，而雜環(huán)芳族胺的反應(yīng)活性與芳香胺相似，基于這種計(jì)算輔助分類，分別將芐胺（4a）或2-氯苯胺（10c）的優(yōu)化條件應(yīng)用于脂肪族胺或雜環(huán)芳族胺。

• 作者研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種一步法、無(wú)催化劑連續(xù)流工藝，安全快速的合成1-取代-1H-四唑。
  

• 計(jì)算輔助實(shí)驗(yàn)優(yōu)化策略：研究團(tuán)隊(duì)深入理解了反應(yīng)機(jī)理及熱力學(xué)因素對(duì)工藝過程的微妙影響，進(jìn)而精準(zhǔn)優(yōu)化了合成芐基四唑（5a）與1-（2-氯苯*）-1H-1,2,3,4-四唑（11c）的關(guān)鍵反應(yīng)參數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。

• 連續(xù)流合成方法普適性：已成功拓展至制備多種取代類型的芐基、芳香族、雜環(huán)芳香族及脂肪族四唑，展現(xiàn)了其廣泛的應(yīng)用潛力。

參考文獻(xiàn)：

Org. Process Res. Dev. 2024, 28, 9, 3685–3690