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摘要：本文展示了多种专门用于通过酸和胺的缩合反应大规模合成酰胺的偶联试剂，并在工业规模上突出了每种试剂的优点和缺点。 注：本文很长，三万多字，如有兴趣仔细阅读，请点击本文最后手机屏幕左下方“阅读原文”，在电脑上阅读对照翻译读书笔记PDF版（80页），错误在所难免 ，敬请同行谅解 ，请以原文为准，以免被我误导，并请多提批评意见，不胜感激。 1. INTRODUCTION前言 关于酰胺键形成的综述已有很多[1]。本文的独特之处在于评估了用于大规模酸与胺缩合以合成候选药物的偶联试剂，同时强调了每种试剂在工厂规模上的优缺点。 酰胺键在活性药物成分（API）中被广泛引入[2]。实际上，酰胺键的形成是制药行业中最为常见的转化反应之一，在药物化学实验室中进行的所有反应中占 16%[3]。然而，理想的酰胺合成方法，即羧酸与胺直接缩合，仅生成一当量水作为副产物[4]，由于反应物之间质子交换形成铵的羧酸盐，因而并不实用。只有在强制条件下（如高温[5]和微波辐射[6]），这种偶联反应才能发生，这使其无法适应当前候选药物所表现出的化学复杂性。因此，需要将羧酸活化来促进与胺的偶联，开发安全高效的羧酸活化和胺缩合的工业规模工艺至关重要。 在工厂化生产中选择酰胺偶联试剂时需要考虑诸多因素。理想的试剂应价格低廉、供应广泛、无毒、安全、易于操作、容易从反应混合物中除去，并且对废物流的贡献极小。此外，在生产路线接近尾声时进行酰胺化反应时，检测和清除偶联副产物至符合监管限值是首要任务[7]。当然，并非所有偶联试剂对于给定的羧酸和胺底物都能表现得同样出色，上述工艺考虑因素必须与高产率、高选择性、出色的重现性以及对于带有立体中心的底物低差向异构化的需求相平衡。 这篇综述的前半部分介绍了各种酰胺化偶联试剂，并对每种试剂在大规模酰胺化生产中的优缺点进行了比较。后半部分详细介绍了这些试剂在工业环境中应用的案例研究。与我们之前的综述一样[8]，所引用的实例仅限于包含详细实验步骤且规模在100 毫摩尔以上的偶联反应，涵盖了从实验室到工厂的克级到数百公斤底物的反应。本文仅涵盖在同行评审期刊上发表的实例；虽然专利文献中有很多酰胺偶联的实例，但这些法律文件中的科学细节往往有限。最后，本综述末尾的参考文献进行了标注，以便快速访问每种偶联试剂的大规模实例列表。     2. REAGENTS FOR AMIDE COUPLING酰胺偶联试剂 图表 1 展示了截至 2015 年 6 月，在主流文献中发现的每种偶联试剂在 100 毫摩尔以上规模的报告数量。根据发表文献的数量，大规模羧酸活化的首选方法为：（1）与碳二亚胺形成活化酯（71 例），其中 EDC 和 DCC 是首选试剂；（2）形成酰氯（70 例），其中亚硫酰氯和草酰氯是优选试剂；（3）CDI（N,N-羰基二咪唑）（38 例）。其他受到广泛关注的试剂有用于制备混合酸酐的异丁基氯甲酸酯（IBCF）、新戊酰氯（PivCl）和正丙基磷酰酸酐（T3P）。 2.1. Coupling via Acid Chloride酰氯类耦联试剂. 将羧酸活化为相应的酰氯，然后与胺反应是形成酰胺键最古老的方法之一[9]。酰氯对胺的高反应活性通常能够快速偶联，这对于空间位阻大的底物尤其有用。然而，如果羧酸含有α-立体中心，则通过酮烯或氮杂环丙烷中间体发生差向异构化是一个潜在的问题。 在大规模制备酰氯时，已使用了多种试剂：亚硫酰氯（SOCl₂）、草酰氯(COCl)₂、三氯氧磷（POCl₃）和维尔斯迈尔试剂（图 1）。在工艺化学中，SOCl₂和 (COCl)₂是迄今为止用于生成酰氯的两种最常用的试剂。这些方法的一个缺点是生成酰氯时会副产氯化氢，这可能会导致与酸敏感官能团不相容。 使用诸如亚硫酰氯、草酰氯和三氯氧磷之类的试剂时，通常会添加少量的 N,N-二甲基甲酰胺（DMF）作为催化剂来生成酰氯。方案 1详细说明了通过亚硫酰氯和催化用 DMF 形成酰氯的机制，该过程通过维尔斯迈尔-霍克中间体（维尔斯迈尔试剂[10]）进行，并且会再生出 DMF 以及所需的酰氯[11]。 维尔斯迈尔试剂作为一种稳定的、自由流动的结晶固体在市场上有售，这使得购买试剂的化学家可以省去其制备过程以及与处理亚硫酰氯或二氯甲酸酯相关的安全风险（见下文）。然而，与用于形成酰胺键的其他试剂相比，市售的维尔斯迈尔试剂价格相对较高，这导致了这种预形成试剂在工艺化学中的应用受到限制[12]。 羧酸酰氯化合物与胺的后续反应可以在无水条件下使用有机碱（如三乙胺、二异丙基乙胺或吡啶用，于中和副产物氯化氢）中来实现。尽管羧酸酰氯化合物对水敏感，但在施托腾-鲍曼条件下，它们仍可在水性碱（氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钾、磷酸三钾）存在的情况下与胺反应。 亚硫酰氯是工艺化学中将羧酸转化为酰氯最常用的试剂[13]。其中一个主要因素是成本，因为该试剂价格低廉，是制备酰氯最经济有效的方法之一[14]。然而，亚硫酰氯的一个缺点是，当与二甲基甲酰胺（DMF）作为催化剂一起使用时，可能会形成二甲基氨基甲酰氯，这是一种在动物模型中已知的致癌物[15]。该副产物的形成机制如方案 2 所示[16]。 与 SOCl2反应生成酰氯的常见溶剂包括甲苯、四氢呋喃、正庚烷、乙腈和二甲醚。不过，也可以将 SOCl2同时用作反应物和溶剂。反应完成后，可通过蒸馏除去过量的亚硫酰氯，然后分离出酰氯，或者将反应混合物直接用于缩合反应。 草酰氯在工艺化学中也常用于生成羧酸的酰氯[17]。相对于 SOCl2，该试剂的优势包括：（1）其沸点更低（61°C 对比 75°C），这使得过量试剂可通过蒸馏更易去除；（2）与 SOCl2/DMF 组合不同，草酰氯(COCI)2/DMF 不会形成二甲基氨基甲酰氯[15]。然而，会生成二氧化碳和剧毒的一氧化碳副产物，因此需要充分的安全和工程控制措施来应对气体逸出。 通过草酰氯(COCl)2形成酰氯的反应可以在多种溶剂中进行放大，例如甲苯、四氢呋喃、乙酸乙酯、异丙酸异丙酯或乙腈。反应完成后，可通过蒸馏除去过量的草酰氯；不过，由此得到的羧酸酰氯通常不进行分离，而是直接用于与相应的胺形成酰胺键。 尽管三氯氧磷（磷酰氯）大量供应且价格低廉，是二氯亚砜（SOCl₂）的经济替代品，但其用于大规模羧酸活化却鲜有报道[18]。 尽管三氯化磷或五氯化磷这两种试剂大量供应且价格极具竞争力，但在同行评审的文献中尚未发现大规模生成酰氯的实例。 最后，通过市售酰氯的酰化反应形成酰胺键也是大规模生产中的常见做法，且无需羧酸活化[19]。另一方面，市售的羧酸溴化物（酰溴）的应用则要少得多[20]，这很可能是由于其成本更高且选择范围更小。 2.2. Coupling via Acid Anhydride酸酐类偶联试剂 2.2.1. Carboxylic/ Carbonic Acid Anhydrides羧酸酐及碳酸酐 通过混合酸酐形成酰胺键是最古老的方法之一，只有酰氯法和酰基叠氮法比它更早。碳基混合酸酐可根据活化试剂的类型分为两类（图 2）： 1. 混合羧酸酐是通过诸如乙酸酐或新戊酰氯之类的试剂形成的。羧酸混合酐存在两个主要缺陷：（1）区域选择性控制，可通过增大用于形成混合酐的试剂的空间位阻来避免；（2）歧化为两种可能的对称酸酐的混合物。不过，若在与胺反应前立即形成混合酐，则可避免歧化现象。 2. 混合碳酸酐是羧酸与诸如氯甲酸酯或 EEDQ 等试剂反应的产物。这些底物中的两个羰基并不等效，由于不期望的羰基（即碳酸酯）的亲电性较低，胺通常会加成到期望的羰基上。这就是乙基氯甲酸酯尽管缺乏空间位阻，却能很好地选择性地在期望的羰基上形成酰胺键的原因。 制备这些混合羧酸酐或碳酸酐的试剂通常是在碱（如 NMM 或 N-甲基哌啶）存在下加入到羧酸溶液中。这些混合酸酐通常在不分离的情况下直接与胺进行偶联反应。 乙酸酐（Ac2O）在大规模生产中常被用作胺乙酰化的亲电试剂[13ah,21]；然而，在酰胺偶联反应中，它很少被用作酸活化试剂[13a]，因为生成的混合酸酐与胺反应时表现出较差的区域选择性。 在一些大规模的实例中，已使用了仲丁酰氯（PivCl）或三甲基乙酰氯来活化羧酸以进行大规模的酰胺偶联反应[13aj,17d,22]。仲丁酰氯能形成具有显著空间位阻的混合酸酐，从而驱动胺化加成所需的区域选择性。此外，对于工业规模上手性胺辅助剂（噁唑烷酮[22a,c,g−i]或伪麻黄碱[13aj]）的酰化反应，仲丁酰氯似乎是首选的偶联试剂。仲丁酰氯在放大生产中的优势包括其相对较低的成本、广泛的可得性以及水相后处理时生成的无毒仲丁酸副产物。然而，作为一种酰氯，该试剂具有刺激性，皮肤接触可能会造成化学灼伤，因此在大规模操作时必须在良好的通风条件下进行。 氯甲酸乙酯（ECF）已被大规模用作偶联试剂[19j,23]，尽管其使用频率不如氯甲酸异丁基酯。氯甲酸乙酯的优点包括成本低（比氯甲酸异丁基酯便宜）以及容易获得。尽管这种试剂毒性很强且比其异丁基类似物更易挥发，但其副产物（乙醇和二氧化碳）相对无害，而且乙醇通常比氯甲酸异丁基酯产生的异丁醇副产物更容易通过水提取去除[23c]。副产物二氧化碳的逸出要求妥善处理废液，以避免密封废液处置容器内压力积聚。 氯甲酸异丁基酯（IBCF）是一种用于大规模酰胺键形成的较为常见的偶联试剂[13d,17d,19ah,24,25]。这种试剂大量供应且价格低廉。与氯甲酸乙基酯相比，异丁基试剂毒性更低，其混合酸酐在酰胺化反应中表现出更高的选择性（由于异丁基的空间位阻比乙基大）。其副产物异丁醇和二氧化碳相对无害，但与氯甲酸乙基酯一样，使用 IBCF 时必须妥善淬灭，以避免因二氧化碳逸出导致废液桶压力升高。 叔丁氧羰基酐（Boc2O）并非大规模酰胺偶联反应中常见的酸活化试剂[26]。由于其熔点较低（23℃），这种试剂更易于以溶液形式处理。 最终，2-乙氧基-1-乙氧羰基-1,2-二氢喹啉（EEDQ）于 1968 年首次被描述为一种用于酰胺偶联的试剂[27]。该试剂将羧酸转化为与氯甲酸乙基酯活化所预期的相同混合酸酐（方案 3）。 EEDQ 与 CDI 和碳二亚胺（见下文）类似，它介导酰胺偶联时无需额外的碱。这种试剂相对便宜，容易获得，其偶联副产物（喹啉、乙醇）可通过萃取到酸性水介质中除去。尽管它历史悠久，但在同行评审文献中仅发现过一次大规模使用 EEDQ 的实例[28]。 2.2.2. Sulfonate-Based Mixed Anhydrides磺酸类混合酸酐 甲磺酰氯（MsCl）和对甲苯磺酰氯（TsCl）是此类试剂中两种已大规模用于形成酰胺键的试剂（图 3）。由这两种试剂衍生的磺酸酯基混合酸酐表现出极佳的选择性，其中胺优先加成到活化的羰基上，而非磺酸酯上。 甲磺酰氯（MsCl）在大规模酰胺偶联反应中并未得到广泛应用[22f,29]。甲磺酰氯具有高毒性、腐蚀性、吸湿性以及催泪性[30]，这些特性给其在工业生产中的操作带来了挑战。不过，甲磺酰氯价格相对低廉，并且已被证明在手性羧酸的偶联反应中能够抑制差向异构化[29b]。 对硝基苯磺酰氯（TsCl）在大规模酰胺合成中的使用频率甚至低于甲磺酰氯（MsCl）[31]。对硝基苯磺酰氯容易获取且价格低廉，但也有毒且易吸潮。 2.2.3. Phosphorus-Based Mixed Anhydrides磷基类混合酸酐 1972 年首次报道了混合羧酸-磷酸酐的例子，使用的是二苯基磷酰叠氮化物[32]。然而，在大量文献中未发现使用此试剂进行羧酸活化的实例，这很可能是因为叠氮基团成本高、能量大且有毒。另一方面，诸如正丙基膦酸酐（T3P）和乙基甲基亚磷酰酐（EMPA）（图 4）等更适用于大规模生产的试剂已被工艺化学小组用于候选药物的合成。 正丙基膦酸酐，通常称为 T3P（或 PPA），于 1980 年被开发出来，用作多肽偶联反应的试剂（方案 4）[34]。 过去十年间，这种试剂在大规模酰胺偶联反应中的应用逐渐增多[26,31a,35]。T3P 在工业规模上具有吸引力，原因有多个。这种试剂毒性低（LD50>2000 毫克/千克）[33b]，保质期长，易于处理（商业上以 50%的有机溶剂溶液形式出售，如乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺或乙腈），其水溶性副产物可轻易提取到水废液中。此外，T3P 似乎是抑制带有敏感α-立体中心的手性酸偶联反应中差向异构化的理想试剂[26,35a,c,f−h]。这种试剂的缺点包括成本适中以及生成膦酸盐废液对环境的影响。 乙基甲基亚磷酸酐（EMPA）作为大规模酰胺化反应的偶联试剂远不如T3P常见[36]。EMPA对水解表现出更强的稳定性，这使其能够在水性介质中进行多肽合成；然而，其相对较高的毒性（半数致死量为 7 毫克/千克）以及从药物物质中去除至低水平的需求，导致了该试剂在工业规模上的应用受限[33b]。EMPA 的酸活化机制与 T3P 相似。 2.2.4. CDI 1,1′-羰基二咪唑（CDI）是一种在大规模酰胺偶联反应中极具吸引力的试剂[13aa,19ac,ae,35b,37]。它价格低廉，可作为结晶固体在千克规模上广泛获取，相对安全，且副产物咪唑在水处理过程中容易除去。羧酸与 CDI 反应生成一种瞬态混合酸酐，该酸酐会重排为羰基咪唑酯（方案 5）。 这种羰基咪唑酯相对容易处理，如有必要也可分离出来。初始混合酸酐重排为羰基咪唑酯时会生成一当量的二氧化碳，这可加快后续酰胺偶联反应的速率[38]。另一个优点是，CDI 促进的偶联反应通常无需额外的碱，因为释放出的咪唑可起到碱的作用。该试剂的一个缺点是对大气中的水分敏感[39]。 2.3. Coupling via Activated Ester通过活波脂类偶联 2.3.1. Carbodiimides碳二亚胺法 N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC）用于肽键及其他酰胺键形成的首次报道是由希汉和赫斯于 1955 年完成的[40]。自那时起，碳二亚胺类化合物就一直是高效制备酰胺键的一类极其重要的化合物[41]。作为偶联试剂，许多碳二亚胺都已被研究过，但基于可得性、成本、分离以及环境因素等方面的考虑，只有少数几种被大规模常规使用（图 5）。 这一组化合物包括 DCC、DIC（N,N′-二异丙基碳二亚胺）以及 EDC（1-乙基-3-(3′-二甲基氨基丙基)-碳二亚胺盐酸盐，也称为 EDAC、EDCI或 WSC（水溶性碳二亚胺））。这些化合物在不同程度上会对皮肤造成刺激，因此在处理时应格外小心。 选择碳二亚胺时的一个主要考虑因素是所偏好的后处理方法，因为去除脲类副产物的方法可能差异很大。例如，DCC 生成的双环己基脲在大多数有机溶剂中的溶解度非常有限，因此通常通过过滤去除。DIC生成的二异丙基脲在二氯甲烷中的溶解度尚可，通常通过水萃取去除。最后，EDC 生成的副产物脲是水溶性的，可以通过水处理去除。 碳二亚胺介导的偶联反应机制较为复杂，首先羧酸上的质子转移到碳二亚胺上较弱碱性的氮原子上，形成离子对（方案 6）。 随后生成的羧酸盐阴离子与之加成，形成 O-酰基异脲，这是一种非常活泼的酰化剂，能迅速与胺发生氨解反应生成所需的酰胺。另外，过量的羧酸也可以与 O-酰基异脲反应生成对称酸酐，这也是一种良好的酰化剂。用对称酸酐酰化胺也会生成等量的起始羧酸。 O-酰基异脲也可通过分子内酰基转移重排生成 N-酰基脲，这是一个不可逆的途径，不会生成所需的酰胺。使用辅助亲核试剂是减少 N-酰基脲形成和α-立体中心差向异构化的常见做法，通过提高酰胺偶联的整体速率来实现。尽管已报道了许多添加剂，但 1-羟基苯并三唑（HOBt）[42]是目前用于碳二亚胺介导反应（无论是按化学计量还是催化方式）最常用的添加剂（图 6）。 HOBt 易受冲击而有爆炸得风险，受运输法规限制[49]，而类似物 1-羟基-7-氮杂苯并三唑（HOAt）则更稳定，但价格要高得多。这些添加剂的作用机制是在分子内酰基转移至 N-酰基脲之前截留 O-酰基异脲。生成的活化酯活性足以与胺偶联，在许多情况下可避免差向异构化。 在众多制药公司的报告中展示了 DCC 在酰胺键形成中的应用[22d,24a,35a,43]。尽管它是一种强敏化试剂，但其低廉的价格是其被广泛使用的主要原因之一。 与 DCC 相比，DIC 在工艺化学团队中的应用较为有限[24d,44]，尽管它是一种液体，这使其在工厂规模上更容易处理。 EDC[45]是目前用于合成候选药物最广泛使用的碳二亚胺[13r,17k,l,v,19m,n,21l,24b,28,35b,46]。其副产物脲可溶于水，在水相后处理过程中能够去除，这一特点明显优于 DCC 和 DIC 等其他碳二亚胺。然而，这种试剂价格高昂，这可能使其在大规模生产中，尤其是在后期开发阶段，不如其他替代品受欢迎。 2.3.2. Phosphonium Salts磷鎓盐类 BOP（（1-苯并三唑氧基）三（二甲氨基）磷鎓六氟磷酸盐，卡斯特罗试剂，图 7）[47]是首个用于酰胺键形成以避免与碳二亚胺试剂反应时可能出现的差向异构化及其他副反应的基于HOBt 的鎓盐试剂。尽管 BOP 能促进快速偶联反应且其结构中含差向异构化抑制剂 HOBt，但由于会生成一当量的已知致癌物六甲基磷酰胺（HMPA），其在工艺化学中的应用受到限制。作为替代品，PyBOP（（1-苯并三唑氧基）三（吡咯烷）磷鎓六氟磷酸盐，图 7）被开发出来[48]，该试剂生成的三（1-吡咯烷基）磷氧化物毒性较小，但这种试剂价格相对较高，且未发现有其大规模应用的实例。另一个重要考虑因素是高能苯并三唑基团的存在，这需要进行详尽的安全性研究以确定该方案的可行性[49]。 BOP 酸活化的机制如方案 7 所示。 在诸如三乙胺（Et3N）或更优选的异丙基乙基胺（i-Pr2NEt）这样的碱存在下，羧酸盐从磷鎓中心置换出苯并三唑氧阴离子，生成酰氧磷鎓中间体。该物种随后与苯并三唑氧阴离子反应，生成活化的苯并三唑酯和水溶性的六甲基磷酰胺（HMPA）作为副产物。最后一步涉及苯并三唑酯与胺亲核试剂的反应，生成所需的酰胺产物和苯并三唑作为副产物。 由于上述缺陷，BOP 在过程化学中的应用非常有限，本综述中仅包含一个实例[50]。 2.3.3. Guanidinium and Uronium Salts胍鎓及脲鎓盐. 苯并三唑基的 HBTU，即 N-[(1H-苯并三唑-1-基) (二甲氨基) -亚甲基]-N-甲基甲胺鎓六氟磷酸盐N-氧化物[51]，在BOP 之后不久被引入用于酰胺偶联（图 8）。 自那以后，大量胍鎓盐和脲鎓盐被报道[1k]，并且对这些试剂作为胍鎓盐还是脲鎓盐的结构阐明也进行了研究[51c]。这些试剂能快速形成酰胺键，并且在多肽合成中对空间位阻较大的氨基酸的偶联非常有用。尽管有这些优点，但只有 HBTU、HATU（N-[(二甲氨基)-1H-1,2,3-三唑并[4,5-b]吡啶-1-基亚甲基]-N-甲基甲胺鎓六氟磷酸盐 N-氧化物）、TBTU（N-[(1H-苯并三唑-1-基) (二甲氨基) 亚甲基]-N-甲基甲胺鎓四氟硼酸盐 N-氧化物）、TPTU（2-(2-氧代-1(2H)-吡啶基)-1,1,3,3-四甲基脲鎓四氟硼酸盐）和 TOTU（O-[(氰基(乙氧羰基)亚甲氨基]-N,N,N′,N′-四甲基脲鎓四氟硼酸盐）在药物合成的大规模应用中找到了用武之地（图 8）。在对HATU 和 HBTU 的比较研究中，已表明反离子对反应结果没有明显影响[51a,52]。 这些试剂在工艺化学中应用有限的一些原因包括其分子量大（意味着每摩尔成本高）[14]，副产物会形成细胞毒性 N,N,N′,N′-四甲基脲[53]，以及 HBTU、HATU 和 TBTU 中存在三唑基等高能官能团，TPTU 和 TOTU 中存在 N−O 键。然而，在偶联伙伴上存在敏感官能团，因而需要温和反应条件的情况下，使用这些试剂可能是合理的。一个典型的例子是当羧酸含有可互变异构的α-立体中心时。在这种情况下，添加 1 当量的 HOBt 或 HOAt（图 6）可能会进一步抑制互变异构。 使用胍鎓盐和脲鎓盐形成酰胺键的机制与上文所述的 BOP 类似，以 HBTU 为例说明于方案 8中。羧酸活化需要首先形成相应的羧酸盐阴离子，这一步骤使用诸如三乙胺或异丙基乙胺之类的碱。羧酸盐阴离子随后与 HBTU 反应生成活化的 HOBt 酯和四甲基脲副产物，这是羧酸活化的驱动力。胺与 HOBt 酯的反应生成所需的酰胺产物。 有趣的是，尽管 HBTU 在固相多肽合成中被广泛使用，但在工艺化学团队中仅发现过一次将这种试剂用于候选药物的制备[54]。 HATU[55]在结构上与 HBTU 非常相似，但其偶联反应速度更快，且差向异构化程度更低。由于反应条件温和，通常能提供高产率的酰胺产物，该试剂作为酰胺键形成的偶联试剂已得到广泛应用。对于空间位阻较大的偶联反应，它也特别有效[55,56]。正因如此，制药公司的多个工艺团队已报道了 HATU 在候选药物合成中的应用[57]。 已有几篇关于工艺化学团队应用 TBTU [52] 的实例报道[17d,37ae,58]。该试剂能实现非常快速的偶联反应，当羧酸含有可互变异构的α-立体中心时，其优势尤为明显。HOBt 可与 TBTU 结合使用，进一步减少互变异构。 TPTU[46b]和 TOTU[35a,36]在大规模应用方面极为有限，这很可能是由于成本方面的原因。 2.3.4. Triazine-Based Coupling Reagents三嗪类偶联试剂. 这一系列试剂包含几种已在较大规模上使用的化合物（见图 9）。由于关于它们的羧酸活化类型存在相互矛盾的报道（作为酰氯或活化酯；见下文），因此在本节中将这些试剂归为一类，即用于将羧酸转化为活化三嗪酯。 三聚氯氰（1,3,5-三氯三嗪）是一种通过氯化氰三聚化在工业规模上每年以数十万吨计生产的高活性偶联试剂。因此，它是形成酰胺键最经济有效的偶联试剂之一。由于分子中存在三个氯原子作为离去基团，该试剂可按亚化学计量比使用。三聚氯氰的羧酸活化机制通常被描述为通过形成羧酸酰氯化合物进行（方案 9）[1b]。羧酸必须以羧酸盐形式存在，以取代氯化物并形成活化酯中间体，然后该中间体与氯化物反应生成所需的酰氯和副产物 1,3-二氯-5-羟基三嗪。后者与另外两分子羧酸反应可生成三聚氰酸作为副产物。 然而，罗门哈斯公司工艺化学小组的一份报告中指出，未检测到由三聚氯氰生成的酰氯；相反，提出羧酸活化是通过活化酯进行的（方案 10）[59]。 胺类碱如三乙胺（Et3N）和 N-甲基吗啉（NMM）常与三聚氯氰一起使用，但价格低廉的无机碱如氢氧化钠也可采用，且反应可在有水存在的情况下进行。生成的三聚氰酸副产物在后处理时可通过过滤或碱性洗涤轻松去除。尽管有明显的优势，但在制药行业的工艺化学家中，三聚氯氰却很少受到关注[17i,59]。 CDMT，即 2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪[60]，可通过三聚氯嗪与 2 当量的甲醇在碳酸钠作为碱的条件下反应轻松合成。这是一种稳定的结晶固体，可大量供应。该试剂已被证明能有效减少差向异构化，并且能与空间位阻较大的伯胺和仲胺以及芳胺反应[61]。CDMT 通常需要使用叔胺碱（如 NMM）进行酸活化，偶联反应可在 THF、DMF 和 EtOAc 等溶剂中进行。尽管每摩尔的成本相对较高，但与三聚氯嗪和 DMTMM（见下文）相比，CDMT 在制药行业的各工艺组中得到了更广泛的应用[13d,61,62]。典型的实验步骤是将叔胺碱加入到酸、胺和 CDMT 的混合物中[61]。关于CDMT 的酸活化机制也存在争议，与三局氯嗪一样，有人提出是通过酰氯[1a,d]或活化酯[59]进行活化。无论活化方式如何，都会生成 1-羟基-3,5-二甲氧基三嗪作为副产物。 DMTMM，即 4-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪-2-基)-4-甲基吗啉氯化物[63]，是一种空气和水稳定的固体，可通过 NMM处理 CDMT 而轻松制备，但在工艺化学中应用甚少[62c]。该试剂的一个优点是，它可在醇类或水性溶剂中用于酰胺键的形成，而不会生成相应的酯或水解产物[64]。DMTMM 活化会生成一个活化酯，副产物为 NMM·HCl（方案 11）[1d]。 该试剂可加入酸和胺偶联伙伴的混合物中。酸羧酸盐加入 DMTMM 中会释放出 NMM，其作为碱促进酰胺偶联。1-羟基-3，5-二甲氧基三嗪是一种水溶性副产物，可通过水处理去除。然而，正如之前提到的 CDMT 一样，DMTMM 相对较高的摩尔成本是其大规模应用的一个阻碍因素。 2.4. Coupling via Boron Species硼类偶联试剂 近年来，以硼衍生试剂作为酰胺键形成的催化剂的应用大幅增加[1g,65]。最初的报道要求使用化学计量的硼试剂[66,67]，但最近，山本及其同事首次描述了使用亚化学计量的硼试剂的例子[68,69]。 在工艺化学领域之外，已有许多硼基试剂被报道用于酰胺键的形成：硼酸[70]、三甲氧基硼烷[66a]、三氟化硼乙醚络合物[66c]、邻苯二酚硼烷[66d]、硼烷-三甲胺[66e]、苯硼酸[71]、邻溴和邻碘芳基硼酸[72,73]、3,4,5-三氟苯硼酸[68a,74]、N,N-二异丙基苄胺-2-硼酸[74b,75]、三氟乙氧基硼烷[76]、硼酸酯[77]、3,5-双（全氟癸基）苯硼酸[68b]、N-烷基-4-硼吡啶鎓卤化物[78]、4,5,6,7-四氯苯并[d][1,3,2]二氧杂硼杂环-2-醇[79]以及3-硝基苯硼酸[68a]。然而，尽管有众多选择，硼酸显然是一种非常理想的试剂，因为它价格低廉且原子经济性极佳（图 10）。此外，反应完成后，这种水溶性试剂可被萃取到水相中进行后处理。但另一方面，硼酸的缺点在于高剂量时具有生殖毒性[80]，并且欧洲化学品管理局可能会将其列入高度关注物质清单，从而限制其在欧洲的使用[81]。 用于形成酰胺键的硼试剂[82]在工艺化学中的应用有限，仅发现了使用硼酸[83]和 3-硝基苯硼酸[84]的实例（图 10）。 硼酸催化酰胺形成的假设机制如方案 12[70]所示，对于芳基硼酸也可设想类似的机制[85]。羧酸与硼酸反应，在脱去一分子水后形成活化的混合酸酐中间体（必须通过共沸蒸馏除去水，以使平衡向酰化硼酸中间体方向移动）。该中间体随后与胺反应生成酰胺产物，并再生硼酸，从而重新启动催化循环。 芳基硼酸形成酰胺键的机制也已在计算机模拟中进行了研究[86]。 3. OTHER METHODS FOR AMIDE BOND FORMATION其它酰胺键构建方法 以下这些大规模实例并非全部属于用于形成酰胺键的羧酸活化范畴；然而，由于其中一些方法被频繁采用，所以在本综述中予以提及。 3.1. Synthesis of Amides from Esters由酯合成酰胺 酯类化合物可通过与相应的胺直接反应转化为酰胺。已有报道使用甲酯[21p,43i,46u,z,87]、乙酯[19e, ah, ap,88]、叔丁酯[89]、异丁酯[90]、苄酯[19aa]、内酯[91]、硫酯[92]、五氟苯酯[24i,93]以及 N-羟基琥珀酰亚胺酯[18,43d,94]进行此类反应。 3.2. Synthesis of Amides via Transamidation通过胺交换合成酰胺 尽管在分子内转酰胺化反应中，这种做法并不常见，但已有报道在大规模合成酰胺时实现了这一反应[22h]。 3.3. Synthesis of Amides Catalyzed by Brönsted Acids布朗斯特酸催化合成酰胺. 最后，布朗斯特酸可以催化酰胺键的形成，这已在乙酸[95]、硫酸[96]和三氟乙酸[97]中得到报道。 4. CASE STUDIES案例研究 4.1. Coupling via Acid Chloride通过酰氯偶联 4.1.1. Thionyl Chloride硫酰氯 斯通纳及其在雅培实验室的同事报告了 HIV 蛋白酶抑制剂4（方案13）[13g] 的制备。 合成的最后一步涉及羧酸 1和胺 3的偶联，药物化学小组曾使用 EDC/HOBt 组合来完成这一过程。然而，EDC 的高成本和有限的商业供应以及处理 HOBt 时存在的危险[49]促使人们寻找一种更适合大规模操作的偶联方法。此外，必须使胺 3完全消耗，否则 4的分离会很困难。T3P/NMM 只能实现部分转化，并产生一些降解副产物，而通过用草酰氯 (COCl)2、羧酸酰氯或氯甲酸酯处理来制备活化酯（N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）、N-羟基苯并三唑（HOBt））则只能得到低产率的活化酯和由羧酸1 产生的聚合副产物。不过，用 SOCl2或 POCl3处理1可生成羧酸酰氯化物 2，其可作为结晶固体分离出来。为了实现向目标 API 4的完全转化，进行了筛选实验，考察了有机碱（吡啶、DMAP、NMM、咪唑）和无机碱（Na₂CO₃、NaHCO₃），结果表明咪唑是最佳选择。在实验室规模下，将羧酸 1在四氢呋喃（THF）中与 1.25 当量的 SOCl₂反应，于 0°C 搅拌 1 小时后，将混合物浓缩，然后与正庚烷共沸蒸馏以除去 SOCl₂。将残留物重新溶解在DMF中，所得溶液在 0°C 下加入到胺 3和咪唑在乙酸乙酯中的溶液中。在室温下搅拌过夜，经水相处理后，从正庚烷/乙酸乙酯中结晶，得到酰胺4，产率为 92%（分两批）。 帕克戴维斯公司的沃克及其同事描述了化合物8和 9的合成过程，这两种化合物作为抗逆转录病毒药物用于治疗艾滋病的候选药物进行了评估（方案 14）[13e]。 化合物8的合成从制备二酸酰氯化物 6开始，将二酸 5与 2.8 倍当量的 SOCl2和催化量的 DMF 在甲苯中反应得到。在 70-75°C 下反应 16 小时后，通过蒸馏除去残留的 SOCl2，然后从甲苯中结晶得到6，产率为 83%，适用于多公斤规模的生产。有了二酸氯化物6后，研究人员研究了形成酰胺键生成 8的过程。对 L-异亮氨酸的几种酯（甲酯、苄酯、烯丙酯）进行了酰胺偶联测试，但三种情况下的后续酯水解步骤都不理想。因此，尝试直接与 L-异亮氨酸偶联。于是，溶剂筛选（二氧六环、甲基叔丁基醚、二正丁醚、四氢呋喃）表明四氢呋喃提供了最佳的产率和纯度。进一步优化表明，无机碱如碳酸氢钠可提高产率和纯度（在这方面，碳酸氢钠的效果优于碳酸钠和碳酸钾）。在工厂中，将羧酸酰氯、L-异亮氨酸和碳酸氢钠的混合物在四氢呋喃中于 60-65°C 加热 2 小时。反应完成后，将混合物淬灭至稀盐酸水溶液（以中和碱）和甲基叔丁基醚中。当水层保持酸性时，相分离会大大促进。经过处理后，二酰胺 8从正己烷/四氢呋喃中结晶，并在相同的溶剂混合物中重结晶，生成 53.6 千克的物质，产率为 75%，纯度极佳（98.7%，通过高效液相色谱法测定面积百分比）。实验条件包括使用 L-异亮氨酸而非酯衍生物有助于保持7的手性完整性。在 8中检测到的仅有的两种相关杂质是半酸 10和化合物 11（图 11），这是由于商业 L-异亮氨酸中存在微量 L-缬氨酸所致。 日本堺研究所的杉谷及其同事报道了 L-丙氨酰-L-谷氨酰胺（16）的合成，该化合物被用作肠外营养的成分（方案 15）[13j]。 中间体15的制备涉及羧酸酰氯化物 13与胺 14之间酰胺键的形成。最初使用的是 12的α-溴类似物，并用 SOCl2处理以生成相应的羧酸酰氯。但在放大过程中，这种羧酸酰氯在 Schotten−Baumann 条件下容易分解，所得酰胺的差向异构化程度更高，纯度也低于实验室实验。因此，由于 D-2-氯代丙酰-L-谷氨酰胺（12）与溴类似物相比具有更好的化学和光学稳定性，所以选择其进行进一步开发。此外，从 L-丙氨酸、L-乳酸或通过 D,L-氯丙酸或其酯的酶法拆分，12的光学纯度可高于 D-2-溴代丙酰-L-谷氨酰胺。在工厂中，羧酸 12在 85°C 下与稍过量的 SOCl2反应 1 小时，然后用甲苯稀释，得到羧酸酰氯 13的甲苯溶液。随后将此混合物加入到 L-谷氨酰胺（14）在冷（0-5℃）的氢氧化钠/甲苯混合水溶液中，于 10℃、pH 值为 10 的条件下继续搅拌 1 小时。反应结束后，经水处理，含 15的钠盐的水层用盐酸酸化至 pH 值为2，羧酸结晶析出，产率为 82%，纯度为 99.7%。 藤泽制药株式会社的赞卡及其同事报道了化合物 23的合成，这是一种用于调节肾功能的非黄嘌呤腺苷 A1 受体拮抗剂（方案 16）[13i]。 合成的倒数第二步涉及酸17和胺 19 的偶联。酸 17通过与等摩尔量的 SOCl2和 DMF（原位生成维尔斯迈尔试剂）处理而被活化，从而得到酰氯 18。在酰胺形成步骤之前，胺19中的羟基通过与 N,N′-双（三甲基硅基）脲（20）在 CH2Cl2中反应被保护为 TMS 醚。在优化酰胺偶联时，使用 NMM 作为碱导致产率低，而其他碱如 Et3N 或 i-Pr2NEt 则会产生深色杂质。然而，当使用 Et3N作为碱时，加入催化量的 DMAP 可提高偶联速率，并以优异的产率得到酰胺 22。在工厂中，将酸 17和 SOCl2的混合物在 CH2Cl2中加入 DMF（每摩尔 SOCl2等摩尔量），以生成酰氯 18。另外，将胺21在 CH2Cl2中的冷却溶液加入 DMAP 和 Et3N，随后加入酰氯18的溶液。反应 1 小时后，进行水相处理，然后用甲醇钾处理保护有 TMS 的中间体 22以裂解 TMS 醚，得到粗产物23。从乙醇/水重结晶得到超过 17千克的原料药，化学纯度为99.8%，对映体过量值为 99%。 4.1.2. Oxalyl Chloride草酰氯 位于奥尔巴尼分子研究公司的工艺团队报告了酰氯25与三甲基肼（26）的偶联反应，这是合成具有生长激素释放特性的候选药物 28的一部分（方案 17）[17e]。 在羧酸 24与三甲基肼的偶联反应中，尝试了多种方法。最初使用 PyBrop（六氟磷酸溴三吡咯烷基磷）、T3P、CDI 或 EDC 的尝试均导致转化率低或发生分解。研究人员提到，这些尝试生成了活化的羧酸，但后续偶联反应失败，可能是由于α位的季碳中心造成的空间位阻。尽管 24中存在对酸敏感的 Boc 保护基团，研究人员还是尝试通过制备酰氯 25来进行此偶联反应。因此，羧酸 24与 1.6 倍当量的(COCI)2反应，随后加入催化量的 DMF（原位生成 Vilsmeier 试剂）和 Et3N 作为碱，在 CH2Cl2中生成 25，未经分离，25与在 -20°C 下的二氧六环中三甲基肼溶液反应，经水相工作处理和硅胶柱层析纯化后，以 82-90% 的产率得到 27。该方法成功的关键在于试剂添加的顺序。因此，当在(COCI)2和 DMF 之前加入 Et3N 时，仅回收了未反应的 24，这可能是由于羧酸24 的铵盐反应活性不同所致。此外，发现 Boc 保护基团与这些反应条件兼容，并且按照此方案生产了 3.2 千克的酰胺 27。 礼来公司的马格努斯及其同事描述了用于治疗 2 型糖尿病的葡萄糖激酶激活剂 32的合成方法（方案 18）[17q]。 合成的最后一步涉及羧酸 29与 2-氨基吡嗪（31）的酰胺偶联。在制药公司 Prosidion 之前进行的一次合成中[98]，在 -45°C 下将氨基吡嗪加入酰氯 30中，导致形成过酰化产物。通过颠倒添加顺序避免了这些杂质的形成。因此，在低于 30°C 的四氢呋喃中，用草酰氯和催化量的二甲基甲酰胺生成的酰氯30被加入到氨基吡嗪和吡啶的溶液中，同时保持内部温度低于 30°C。1 小时后，通过过滤除去副产物盐酸吡啶。经过水处理以除去过量的吡啶和 4-5% 的羧酸 29（通过酸碱萃取），从甲醇中结晶得到原料药32，产率为 74%（原位产率为 88-94%）。尽管羧酸部分存在一个可互变异构化的手性中心，但该方案避免了消旋化，32的对映纯度大于 99%。 礼来公司工艺小组的另一份报告描述了化合物 38的合成，这是一种 PPARα 激动剂，有治疗血脂异常、冠心病和糖尿病的潜力（方案 19）[17g]。 中间体酰胺36的合成始于在低于 30°C 的条件下，用 1.15 倍当量的(COCI)2和催化量的 DMF 处理羧酸 33，蒸馏除去过量的(COCI)2后，得到酸酐 34 的乙酸乙酯溶液。需要除去过量的(COCI)2以将杂质 39的含量保持在 1%以下（图 12）。 然后将酸酐 34加入到乙酸乙酯中胺盐 35和吡啶的溶液中。尽管偶联产物 36可通过结晶分离，但研究人员决定将其直接引入后续的回流反应中，与樟脑磺酸反应生成 37和副产物 40，比例为15:1。用 Amberlyst-15 树脂处理所得溶液，通过过滤选择性除去 40，然后从甲基叔丁基醚中结晶得到 37，从酸 33计算总收率为 55%。 4.1.3. Phosphorus Oxychloride三氯氧磷. 在奥特卡制药公司科学家们为制备用于治疗缺血和炎症的超氧阴离子生成抑制剂候选药物45的过程中，报道了一例通过 POCl3实现的酰胺偶联反应（方案 20）[18]。 在吡嗪酮环化之前，通过 POCl3活化羧酸 41并在催化量的 DMF 存在下生成酰氯 42，将其作为 CH2Cl2溶液进行串联反应。胺偶联伙伴43用 K2CO3水溶液脱盐酸化，并作为 CH2Cl2溶液进行串联反应。在酰胺化步骤中，将酰氯加入43中，同时将温度保持在 4-19 °C 之间，经水相处理后，酰胺 44从冷的异丙醇/水溶液中结晶，多公斤规模的产率为 88%。 4.1.4. Commercial Vilsmeier Reagent商用维尔斯迈尔试剂 瑞士诺华公司的工艺团队描述了用于治疗炎症的候选药物50的制备过程（方案 21）[12e]。 药物化学团队使用 EDC/DMAP 将酸 46与 L-叔亮氨酸-N-甲酰胺（48）偶联，但观察到超过 5% 的差向异构化。因此，研究了其他偶联试剂。使用氯甲酸异丁基酯（IBCF）形成混合酸酐的方法很干净，但由于胺对混合酸酐中不需要的羰基的竞争性加成，导致回收了大量 46。其他试剂如 CDI 和CDMT 的效果也不理想。然而，市售的维尔斯迈尔试剂实现了非常干净的偶联，且未检测到差向异构化，因此被选作进一步开发。在实验室规模上，羧酸 46与 1.5 倍当量的维尔斯迈尔试剂在四氢呋喃中反应生成酰氯47。将所得悬浮液在 0°C 下搅拌 1 小时后，加入 NMM，随后加入胺 48的溶液以及催化量的DMF/THF 混合物，得到约 50 克酰胺 49（98% 收率）。 4.2. Coupling via Carboxylic or Carbonic Acid Mixed Anhydride羧酸或碳酸混合酸酐. 4.2.1. Acetic Anhydride乙酸酐. 如上所述，乙酸酐并非用于酸活化以实现酰胺偶联的常见试剂。然而，霍克斯特拉及其在帕克-戴维斯的同事为普瑞巴林（利瑞卡，54）的合成提供了一个这样的实例[13a]。如方案 22所示，3-异丁基戊二酸（51）与乙酸酐在回流条件下加热进行环合，生成对称的酸酐 52。过量的乙酸酐（以及副产物乙酸）从反应罐中蒸馏除去，酸酐用氨水处理得到酰胺53。在蒸馏出甲基叔丁基醚并酸化所得水溶液至 pH 1 后，酰胺直接从反应混合物中结晶。 4.2.2. Pivaloyl Chloride (PivCl)新戊酸酰氯（PivCl） 李及其同事在 Neurocrine 生物科学公司通过 PivCl 介导酸 55和伪麻黄碱（56）的偶联合成了酰胺57，这是合成温和镇静剂瓦洛硝胺（59）过程中的一个步骤（方案 23）[13aj]。 首先在冷却的 CH2Cl2溶液中加入酸 55和 Et3N，然后滴加 PivCl 制备混合酸酐。用第二份 Et3N 处理混合酸酐后，在温度低于 5°C 的条件下分批加入伪麻黄碱，为减少反应体积，胺以固体形式加入，同时生成了N,O-二酰化副产物。用水处理有机层，依次用酸和碱洗涤，除去所有残留的偶联伙伴和试剂，浓缩有机层得到定量的油状伪麻黄碱酰胺 57。有趣的是，酸上的α-取代基改变了偶联的区域选择性。将伪麻黄碱加入由α-乙基酸 58得到的混合酸酐60中，得到的是不期望的酰化产物 61。 作为在加入胺之前形成混合酸酐的替代方法，还可以将 PivCl 加入到酸和胺的混合溶液中。艾利马尔达诺夫及其同事在惠氏公司采用这种方法将丙烯酸 62与手性噁唑烷酮 63进行偶联（方案 24）[22i]。 在一个一锅法过程中，将酸和噁唑烷酮在四氢呋喃中预先混合，并加入氯化锂冷却，然后依次加入 PivCl 和三乙胺。经过水相处理和溶剂交换后，从异丙醇/水溶液中结晶得到酰胺64，产率为 93%。这些偶联条件源自默克工艺研究部门关于 PivCl、氯化锂和三乙胺介导的 2-噁唑烷酮 N-酰化的先前报告[99]。 4.2.3. Ethyl Chloroformate (ECF). 达武尔库、帕森斯及其在百时美施贵宝公司的同事在合成69（一种人类生长激素释放素受体激动剂）的过程中，使用氯甲酸乙酯将 65丝氨酸与 2-氯乙胺·盐酸盐（66）进行偶联（方案 25）[23b]。 在一个串联过程的第一步中，首先使用略过量的氯甲酸乙酯和 NMM 将丝氨酸 65转化为混合酸酐，然后加入氯乙胺以及第二份碱。作者指出，氯乙胺是一种强刺激性物质，但作为盐酸盐时处理起来既安全又方便。通过将混合物冷却至 -30 至 0°C 之间，控制其对混合酸酐的选择性加成，未检测到与不期望的羰基加成的副产物。此外，将 NMM 分成两份加入可最大程度减少消旋化（相对于异丁基氯甲酸酯而言，特意选择氯甲酸乙酯用于此偶联，因为后者会降解为异丁醇，难以通过类似的水相萃取去除）。将酰胺67 的溶液继续进行四唑 68的合成，四步总收率为 75%。 如方案26所示，德国科隆大学和比勒费尔德大学的化学家们以 100 毫摩尔的规模通过脯氨酸（70）和氨基醇 71 的偶联制备了辛格的有机催化剂 73[23c]。 虽然氯甲酸乙基酯和氯甲酸异丁基酯作为偶联试剂效果都很好，但前者因成本较低而被选作放大生产。他们开发了一锅法工艺，首先在不会使酸发生羰基化的条件下，用 Boc2O 和过量的三乙胺对脯氨酸的胺基进行保护。随后加入氯甲酸乙基酯生成混合酸酐，再通过粉末漏斗分批加入氨基醇71。将生成的酰胺 72的粗混合物蒸发至干，直接进行酸催化脱保护和游离碱化。整个过程以 70%的总收率提供了 25 克辛格的有机催化剂 73。 4.2.4. Isobutyl Chloroformate (IBCF)氯甲酸异丁酯 （IBCF） 在一系列出版物[24a,f,25]中，诺华公司描述了通过异丁基氯甲酸酯（IBCF）将氨基酸 74与 N-甲基苄胺（BnNHMe）偶联以合成一种速激肽受体拮抗剂（方案 27）。 最初的开发路线是通过 IBCF 和 NMM 在乙酸乙酯中将酸 74转化为混合酸酐 76，随后用 BnNHMe 和盐酸处理得到脱保护的酰胺 75[24a]。然而，这种方法存在若干工艺问题，包括需要多次加入 IBCF 和 BnNHMe 才能使 74的酰胺化反应完全。多次加入试剂的原因归结于以下两种途径之一：（1）BnNHMe 与混合酸酐 76中不期望的羰基（b）反应，或者（2）氨基酸与74竞争性加成生成对称酸酐 78（通过二氧化碳逸出），进而与 BnNHMe 反应生成所需的酰胺并再生氨基酸74[25]。这两种途径中的任何一种都会导致观察到的氨基甲酸酯77 作为副产物生成。（通过对称酸酐 78的途径会留下未反应的 IBCF 与BnNHMe 反应。）为了更好地理解酰胺化机制并避免多次添加试剂，对氨基酸 74与 IBCF 反应初始阶段产生的二氧化碳进行了分析[25]。在第一步中测得的大量二氧化碳与对称酸酐 78的形成相符。可以合理推断，在缓慢加入氯甲酸酯的过程中，氨基酸相对于混合酸酐76的大量过量有利于对称酸酐的生成，而改变试剂添加顺序则可抑制这一不期望的途径。因此，将氨基酸74和碱逆序加入 IBCF 中可干净地生成混合酸酐，随后加入 BnNHMe 即可生成所需的酰胺，而无需额外添加氯甲酸酯或胺[24g]。其他工艺改进包括将 NMM 替换为 BnNMe2 作为碱，因为后者更容易从水废液中去除（这有利于水废液的处理）。溶剂也从乙酸乙酯改为甲苯，以更好地与下游 Boc 去除过程中使用的浓盐酸兼容，从而以 93% 的总收率得到脱保护的酰胺75。 博灵格-英格海姆公司的布萨卡、魏及其同事完成了丙型肝炎病毒蛋白酶抑制剂 82的合成，其过程是通过脯氨酸 79与环丙胺 80的酰胺偶联，随后进行甲酯皂化（方案 28）[24j]。 最初使用 EDC 和 HOBt 进行 79和 80的偶联，以高产率得到酰胺81；然而，HOBt 相对昂贵且对冲击敏感，后一特性使其受到运输和储存限制[100]。此外，使用 EDC 与 HOBt 替代品进行偶联时，检测到脯氨酸异构化现象。最终，工艺小组能够用廉价的IBCF 替代 EDC/HOBt，并通过在羧酸活化和胺化过程中严格控制温度，生成光学纯的酰胺 81。将氯甲酸酯缓慢加入到 -10°C 的 THF 溶液中的脯氨酸 79和 NMM 中，同时保持内部温度在-10°C。所得混合酸酐依次与环丙胺盐 80和额外的 NMM 反应，反应速率保持内部温度低于 -8°C。将混合物加热至 10°C，经水相处理和溶剂交换后，酰胺 81从乙醇水溶液中结晶，产率为 88%。 4.2.5. Boc Anhydride叔丁氧酸酐. 葛兰素史克公司的帕特森及其同事在合成治疗 2 型糖尿病的候选药物丹格列净（87）的过程中，将酸 83转化为酰胺 86时使用了 Boc2O（方案 29）[26]。 羧酸83、Boc2O 和吡啶的初始反应生成了等量的混合酸酐84和对称酸酐 85。虽然加入 NH4OH 溶液可将混合酸酐转化为所需的酰胺86，但对称酸酐的氨解会生成等量的酰胺和起始酸。然而，由于酸 83到酰胺 86的整体转化在不添加额外试剂的情况下完成，作者认为再生的酸以比 Boc2O与 NH3发生副反应更快的速度重新转化为酸酐（通过剩余的 Boc2O）。这一推断与另一项实验结果一致，在该实验中，即使在加入 Boc2O 之前就加入 NH4OH 溶液，整体酰胺偶联反应仍能进行到超过 80%的转化率。在较大规模下，将预先形成的酸酐 84和 85的混合物用 NH4OH 溶液处理，导致因二氧化碳逸出而产生强烈的气体释放，于 25°C 下反应 3 小时后，经过标准的后处理和结晶，得到 95.6 千克的酰胺 86，产率高达 96%，效果极佳。 4.2.6. EEDQ 如方案 30所示，奥默罗德、威勒姆森斯及其在强生公司的同事报道了使用 EEDQ 进行酰胺偶联以合成胆囊收缩素-2 受体拮抗剂 91[28]。 工艺化学团队在放大氨基酸88与苯胺 89的偶联反应时保留了发现合成中的 EEDQ，因为其他试剂会导致消旋。在引入苯胺之前用 EEDQ 预活化氨基酸的努力导致了二氧化碳的逸出（可能是由于副产物乙醇与生成的混合酸酐反应所致），并且生成了高达 20% 的 88的相应乙酯杂质。通过将 EEDQ 加入氨基酸和苯胺 1:1 的混合物中，消旋程度可忽略不计，重现性极佳，从而得到了酰胺90。溶剂交换至丙二醇单甲醚，90以 92% 的产率结晶。 4.3. Coupling via Sulfonate-Based Mixed Anhydride基于磺酸酯的混合酸酐偶联法. 4.3.1. Methanesulfonyl Chloride (MsCl)甲磺酰氯. 诺华公司的刘及其同事在合成肽脱甲酰酶抑制剂98的过程中，使用了甲磺酰氯（MsCl）进行两步酰胺偶联反应（方案31）[22f]。 由于 3-氨基哒嗪（93）的亲核性较差，羧酸 92与 93的偶联反应非常困难，而诸如 Ph2POCl、CDMT 和 EDCI/HOBt 等试剂得到的酰胺产物转化率低或产率一般。参考一篇有关脯氨酸羧酸通过混合磺酸酐进行偶联的报道[101]，他们用 MsCl 和 N-甲基咪唑（NMI）活化 92，然后与93反应。在二氯甲烷中于 40°C 进行此缩合反应会导致酰胺产物 94发生差向异构化，但将溶剂改为 DMF 并在 -10°C 下进行反应可将差向异构化降至 1-2%，同时产率从 65%提高到 77%。通过向反应混合物中加入 NaCl 溶液稀释，酰胺 94可直接从反应混合物中结晶。从 94中脱去 Boc 保护基后，释放出的吡咯烷与酸 95进行第二次酰胺偶联反应，酸 95通过相同的 MsCl 条件活化为混合磺酸酐。所得酰胺97的产率为85%（原位生成），并直接用于苯甲醚的氢解反应，从而得到活性药物成分。 4.3.2. p-Toluenesulfonyl Chloride (TsCl)对甲苯磺酰氯（TsCl） 卡姆佩奥及其同事在默克公司通过使用三氯化锡（TsCl）激活酸99，并在 NMI 存在的情况下进行反应，从而制备出了102的酰胺键，这是一种用于治疗高血压的强效肾素抑制剂（方案 32）[31a]。 在这种情况下，TsCl 被选作一种比 HATU 更经济的合成替代品。将酸 99和 TsCl 的混合物置于甲基四氢呋喃/甲基环己烷中冷却至 -20°C，同时分批加入 NMI 以控制放热反应。在继续在 -20°C 冷却混合酸酐（或酰基咪唑中间体[102]）的同时，分步加入胺·MsOH 100的溶液，并控制内部温度低于 -5°C 以抑制异构化。产物酰胺 101 经过水相处理，并在酸性条件下直接进行 Boc 去除步骤，从而得到药物原料，总产率为 83%。 博伊尔格尼赫姆制药公司的哈达德及其同事报道了在合成丙型肝炎病毒蛋白酶抑制剂法达普瑞韦（109，方案 33）的过程中所得到的二肽中间体108的合成过程[31b]。 最初尝试通过与异丁基氯甲酸或戊酰氯（后者通过反应红外光谱进行监测，后者快速形成混合酸酐）进行混合酸酐反应，并随后与羟脯氨酸酯106反应来活化酸 103，但由于区域选择性差以及 106相应的酰化副产物的形成，导致所得目标产物的产率仅为中等水平（70%）。此外，与 PivCl 的混合酸酐反应速率较慢。为了避免这些问题，研究人员研究了使用 MsCl 和 TsCl 的使用情况，这些物质已知能促进更快的反应[103]且是非极性基团[104]，因此能提供更好的区域选择性。经过碱和溶剂筛选后，选择了 NMM 和 MeCN，从而在不发生明显异构化的情况下获得了 107的超过 90%的纯度产物。与 MsCl 相比，TsCl 更受青睐用于酸活化，以避免使用后者时可能出现的硫烯形成的可能性。在该反应装置中，在 -20°C 的条件下，将 103和 NMM 在甲醇中的混合物与TsCl 在甲醇中的溶液混合，并持续搅拌 80-100 分钟。在 0°C 下反应 1 小时后，加入胺HCl 盐 106的浆液，并将所得混合物在 0-15°C 下搅拌 1.5 小时。无需分离，通过加入水溶液中的 LiOH 来裂解酯，随后加入 6N 的HCl 促进了二肽 108的结晶，从103中得到91%的产率（HPLC 纯度为 99.91%）。本报告对 ReactIR 进行了非常详细的研究，以监测中间体的形成和消耗，从而获得有价值的动力学数据。此外还讨论了安全性研究，包括用于开发安全连续工艺的热分析数据。 4.4. Coupling via Phosphorus-Based Mixed Anhydride通过磷基混合酸酐实现的耦合反应 4.4.1. n-Propanephosphonic Acid Anhydride (T3P)n-丙基膦酸酐（T3P）. 邓泽茨、柏林尔以及辉瑞公司的其他研究人员利用 T3P 来合成化合物112，以实现葡萄糖激酶激活剂 113的合成过程（方案 34）[35h]。 用于将α-咪唑基酸 110和氨基烟酸 111缩合的多种偶联试剂导致了手性异构化，其中包括在初始筛选中使用的 T3P，但当将碱从 Et3N 更换为更重的（TMP）或更弱的替代品（吡啶、吗啉）时，T3P 引起的异构化程度有所降低。在中试工厂中展示了这种偶联的几种改进方法，并最终将T3P 与吡啶配对，得到了几乎没有异构化的酰胺化合物。在中试工厂中，将酸、胺和吡啶以 2:1 的体积比溶解在二甲基甲酰胺/乙酸乙酯混合物中，并向其中加入 T3P。在加入 0.5 M 水溶液的盐酸进行淬灭后，该溶剂比例可直接使游离碱酰胺 112（34.1 千克，产率 88%）结晶出来，纯度极高（>99% 非手性，0.5% ent112），同时将吡啶、过量的氨基烟酸111和T3P 的副产物从母液中排出。辉瑞公司的一项相关研究表明，将 T3P 和吡啶结合使用，是一种通用方法，可用于抑制其他具有敏感α立体中心的羧酸在酰胺偶联反应中的异构化现象[35g]。 帕特森及其同事在葛兰素史克公司开发了一种一锅式酰胺化/脱水反应，以完成对地格列汀（87）的大规模合成，该化合物是治疗Ⅱ型糖尿病的药物（方案 35）[26]。 将酸 114和吡咯烷 115与 T3P 和胡尼格的碱进行偶联，得到了酰胺 116，且未发生任何异构化。随后将初级羧酰胺脱水生成腈的过程则较为困难，因为多种试剂会导致降解或转化不完全。起初，该脱水反应在 150 千克的规模下通过将 116的乙酸乙酯溶液（经过水相处理和共沸干燥蒸馏）与甲磺酸酐和吡啶一起处理来完成，从而以90%的产率得到腈。然而，发现将酸 114和吡咯烷115在较高温度下进行 T3P 偶联会生成 87作为脱水副产物，这一发现促使开发了第二代工艺，即采用 T3P 进行一锅式酰胺化/脱水反应，且两步反应均通过 T3P 促进。在这种简化的方法中，酰胺键是在乙酸乙酯中以 1.5 倍当量的 T3P 初始剂量在50°C 下形成。反应完成后，再加入一剂 T3P（1.5 个当量），然后将混合物在回流条件下（约 78°C）加热以实现脱水过程。经过水相处理后，从异丙醇中结晶出了 123 千克的德那格肽，整个过程分两步完成，产率高达 97%。 古德蒙松、谢及其同事在葛兰素史克公司使用了 T3P 来将 117号吡啶酸盐转化为118号吡啶胺（这是一种治疗人类乳头瘤病毒感染的药物，如方案 36所示）[35d]。 这是一个有趣的案例，其中胺 117之前是与一等份的 2-吡啶酸（即将被纳入活性药物成分中的同一种酸）一起结晶的。将胺盐和胡尼格的碱在 0°C 的 CH2Cl2中的溶液与 T3P 共同处理，以干净地生成吡啶胺 118，并且额外添加了 0.1 份的 2-吡啶酸以确保反应完成。通过水提除去 T3P 的副产物，然后进行溶剂交换并从乙醇中结晶，得到了 9.7 千克的吡啶胺118。作者提到，这种 T3P 过程比通过酸氯化物或 O-苯并三唑活化进行的其他酰化反应更实用。 4.4.2. Ethylmethylphosphinic Anhydride (EMPA)乙基甲基膦酸酐（EMPA） 霍斯特公司和贝林工厂的同事们使用 EMPA 在他们的千克级合成凝血抑制剂 121的过程中引入了哌啶酰胺（方案 37）[36]。 将酸 119和哌啶与乙酸乙酯混合物一起加入到乙酸乙酯中的 EMPA 溶液中，从而生成酰胺120。通过水相萃取和溶剂蒸发，获得了 5.7 千克的120，其为一种黄色油状物。作者还描述了在毫克级规模上使用 EMPA 介导的另外两种酸与哌啶的类似偶联反应。 4.5. Coupling via CDI通过 CDI 进行耦合. 尼拉坎丹及其同事在埃姆库尔制药有限公司和安纳马拉伊大学工作，将 CDI 融入了一种改进的酰化反应流程中，用于合成三甲苯胺基苯甲酰胺（125；蒂甘），这是一种用于缓解恶心症状的抗呕吐剂（方案 38）[37ac]。 用于将三甲氧基苯甲酸122和苄胺 124进行偶联的各种试剂，包括SOCl2、叔丁基氯甲酸酯、DCC/DMAP、EDC/HOBt 和硼酸，导致了难以从所需酰胺中去除的去甲基化杂质 126和 127，而这些杂质的去除会伴随着产率的损失。相比之下，CDI 为去甲基化杂质提供了相对清洁的酰化反应；然而，如果这种偶联试剂的使用过量过多，就会出现尿素 128的生成问题。定量研究确定1.25 个当量的 CDI 是高效偶联的最佳比例，同时在将产物三甲苯胺基苯甲酰胺从丙酮和氢氯酸水溶液中结晶出来后，杂质126-128仍能保持在法规限值以下。 韦森伯格及其同事在辉瑞公司报道了通过 CDI（N,N-二羰基咪唑） 介导的肽连接工艺来制备αvβ3 整合素拮抗剂 132的过程（方案 39）[37q]。 132的临床前供应原路线是将胺 130与 N-Boc 甘氨酸的 N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）酯（129）反应，但这种 NHS 酯的成本较高，促使团队寻找替代试剂来连接 129。最终，CDI 被选中，因为它成本相对较低，且通过水提取可以轻松去除咪唑盐副产物。在实验室规模下，通过向溶剂中加入等量的氨基酸和CDI（均为固体）来制备129的羰基咪唑基化合物；然而，这种方法导致了二氧化碳的快速释放，这不适合用于中试生产。另一方面，在大规模生产中，通过将129溶液加入 CDI 悬浊液中来控制咪唑基化合物的形成，这会导致轻微起泡，但不会增加压力。随后将胺 130加入到活化的甘氨酸中，从而生成酰胺 131和 132的 O-乙酰化副产物。将这种混合物陈化数小时后，131与过量乙酰化副产物的比例得到了改善，这可能是由于未反应的胺130与副产物的酚酯结合，从而生成了两个 131分子所致。随着胺浓度的降低，乙酰化速率呈指数增长，而副产物则保持为130。这种向胺溶液的逆向添加具有额外的实用益处，即避免在中试工厂中将聚集的 130固体颗粒加入到储罐中。最终得到的 131酰胺溶液用 1 M 水溶液盐酸洗涤，以去除咪唑和微量未反应的胺（正庚烷）。这一过程在两批实验中产生了 342 千克的酰化产物。 普洛夫公司的特维德尔及其同事利用 CDI 技术改进了β-2 肾上腺素受体激动剂 137的合成过程（方案 40）[37ab]。 在之前的商业路线[105]中，酸 133和苄胺 134的缩合反应由 EDC·HCl 和 HOBt 在 CH2Cl2中催化进行，但这种试剂组合和溶剂导致了漫长的水相处理过程。相比之下，在乙酸乙酯中使用 CDI 进行的改进耦合简化了水相处理过程，通过易于去除的副产物（咪唑）实现了简便的溶剂交换，并将溶剂更换为氯乙腈和三氟乙酸，从而实现了紧凑的里特反应。对于酸 133的 CDI 活化，一个有趣的考虑因素是竞争性地激活叔醇，只有在所有羧酸都被消耗完后这种活性才会占主导地位。这个问题通过分批添加耦合试剂并通过原位中红外监测来跟踪 CDI 的消耗得以解决。此外，避免 CDI 过量使用可减少由胺 134生成的尿素的形成。将 134加入到羰基咪唑酯中得到了酰胺 135。经过一系列水相处理步骤（包括用柠檬酸洗涤以提取咪唑、用氯甲基丙烯腈和三氟乙酸进行溶剂交换），随后进行了里特反应。所得的二酰胺136在多千克规模下以 88%的总产率实现了结晶。 库特赫及其同事在默克公司完成了强效的胆囊收缩素 1R 受体激动剂 141的合成，该合成过程是通过 CDI 介导的酸 138和哌嗪 139的缩合反应实现的[37p]。如方案 41 所示，将 138的溶液与 CDI 固体分一次加入，并在室温下放置 1 小时。 将胺加入到由此产生的羰基咪唑酯中（作为固体 HCl 盐），然后将该悬浊液加热至 50°C（需要加热以完全转化为酰胺 140）。酸活化释放出的咪唑是中和139的HCl 盐的有效碱，酰胺键的形成无需额外的碱。用含水 NaOH 进行缩合的分段皂化，然后用含水 H3PO4调节 pH，使药物物质结晶，总产率为 86%。 4.6. Coupling via Carbodiimide通过碳二亚胺偶联. 4.6.1. DCC二环己基谈二亚胺. 普拉沙德及其所在诺华制药公司的团队报道了化合物 144的合成过程，该化合物是一种用于治疗慢性炎症性和神经性疼痛的人类 NK-1 高敏肽受体拮抗剂（方案42）[24a]。 合成过程的最后一步涉及酰胺连接，以生成分子上的第三个酰胺键。此前使用 N-Boc-L-脯氨酸和 143进行的工作产生了需要色谱纯化的活性药物成分（API）。为了开发无需色谱的工艺，合成路线进行了重新设计，重点在于将 L-脯氨酸衍生物 142与 143的无机碱基进行连接。随后实施了广泛的连接剂筛选。使用 IBCF、HBTU 或 2,2′-二硫代双（苯并噻唑）的反应产生了需要色谱纯化的 API。氯氰酸氯与吡啶结合提供了纯净的材料，但这种碱在大规模生产中因毒性及气味问题而不理想。EDC 也提供了纯的 API，但这种连接试剂的高成本使得该工艺不适合扩大规模。最后，DCC 和 HOBt（各 1 份）被确定为一种成本低廉的组合，能够以高产率生成目标产物144，并且纯度符合要求。在实验室规模下，将HOBt 加入到142和 143的THF溶液（在室温下）中。在冷却至0°C 后，将 DCC 以 THF 溶液的形式加入，并将反应温度升高至 22°C。反应完成（4 小时）后，过滤混合物以去除部分副产物 1,3-二环己基脲。随后进行水相处理以去除一些杂质，并将 144提取到甲苯中，然后过滤掉剩余的 1,3-二环己基脲。经过浓缩后，从乙醇/水溶剂混合物中获得了无定形的 144。最后在乙醇中进行结晶，得到了产率为 81%的结晶型活性药物成分，且没有检测到其他对映异构体的存在。 斯托拉塞及其同事在布里斯托尔-斯奎布公司报道了另一个利用 DCC 进行规模操作的例子，该例子涉及合成用于治疗囊性纤维化和类风湿性关节炎的人白细胞弹性蛋白酶抑制剂 148（方案 43）[22d]。 生成酰基哌嗪的酰胺形成步骤通过两种不同的方法进行。第一种方法是在乙酸三乙胺作为碱的条件下使用 PivCl，从而在千克规模下以 67%的产率得到 147。另外，研究人员开发了第二种方法，采用了 DCC。在实验室规模下，将 N-甲基哌嗪（146）于50-70°C加入到对羟基苯甲酸 145的乙酸乙酯中，生成相应的铵盐，然后在 70-78°C加入 DCC的乙酸乙酯溶液反应1.5 小时。经过 1 小时回流和冷却后，加入 2 M 盐酸，过滤掉二环己基脲副产物。经过水相处理后，147以 84%的产率从正丁醇中结晶出来。由于 145中存在酚基功能团，DCC也与酚发生反应，但加热使平衡向生成所需酰胺产物的方向移动。这种偶联反应所需的高温条件与用于通过 DCC 作用形成酰胺键时通常采用的较温和条件（0°C 至室温）形成了鲜明对比。 4.6.2. DIC 克拉克及其在辉瑞公司的同事利用DIC完成了αvβ3整合素拮抗剂 132的合成，具体步骤是将酸 149与胺 150进行偶联，随后进行酯水解（方案 44）[44a]。 对偶联试剂的筛选显示有多种选择，但作者选择了 DIC，因为它具有高度的化学选择性、易于获取、成本效益高，并且相对于 DCC 而言，其操作安全性更高。DMF/CH2Cl2的最佳溶剂体系为4.7:1（体积比），在偶联和分离效率之间提供了最佳平衡。还研究了几种辅助亲核试剂，最终选择了 0.2 个当量的 12%质量分数的 HOBt/DMF 溶液作为最佳选择，因为它加快了反应速率并减少了杂质。在工厂中，将 DIC 溶液加入到 149、150和 HOBt/DMF的混合物中，并在 20°C 下搅拌 6 小时。然后，向粗偶联反应混合物中加入 2.5 M 的无水氢氧化钠溶液，以生成 151的羧酸钠盐。在皂化完成后，用 CH2Cl2对混合物进行萃取，以去除副产物异丙脲、HOBt 和一些 DMF。通过用盐酸溶液将 pH 调整至 5.8，导致 132的两性离子沉淀。通过色谱法和盐的形成过程，我们获得了所需的单水合物、单磷酸盐 132，产率高达 62%，且可在数公斤的规模上进行生产。 韩国 LG 生物科学公司的工艺小组描述了 HIV-1 蛋白酶抑制剂 155的制备过程（方案 45）[24d]。 他们进行了试剂筛选，将酸 152与苯基缬氨酮·HCl（153）偶联，以生成酰胺 154。研究人员发现，BOP、HATU 和 EDC 的产率在 70%至 75%之间，但这些试剂的高昂成本促使他们寻找更经济的替代品。MsCl 和 IBCF 仅提供了 154的较低产率（分别为 60%和 72%）。另一方面，DCC 和 DIC 以 77%至 78%的产率提供了 154，而添加 HOBt 又将这些产率提高到了 83%和 94%。因此，选择使用 DIC/ HOBt 与 NMM 作为基础来生成 154。在实验室规模下，将 DIC 滴加到酸 152和 HOBt 的氯仿混合物中，同时将内部温度保持在 15°C 以下。在升温至室温进行酸活化后，将混合物冷却至 5-10°C，然后加入 NMM 和胺盐酸盐 153。反应完成后，经过水相处理，酰胺 154被转化为下一步（环氧形成）的氯仿溶液。 4.6.3. EDC. 日本武田化学工业公司的研究人员使用 EDC/HOBt 来将酸156与4-氨基哌啶 157进行偶联，从而合成化合物 158（如图 46 所示），该化合物被证实能够降低血浆中的总胆固醇和低密度脂蛋白（LDL）[46d]。 最初尝试通过由 (COCl)2或 SOCl2生成的酰氯来偶联156和 157，但所得的产率在 71%至78%之间，且受到这两种偶联反应物吸湿性的影响。作为替代方案，研究人员测试了 EDC 与 N-羟基苯甲酰胺（NHS）、HONB 和 HOBt 的组合，并且以后者获得的产率最高。在工厂中，胺 157·二盐酸盐/ DMF与Et3N反应，并与酸156、HOBt（0.23 个当量）和 EDC（1.05 个当量）一起处理。所得混合物在 70 至 80 ℃下加热 2 小时。加入水性碳酸氢钠（NaHCO3）后，直接结晶出了酰胺 158，经过过滤和从乙醇/水中重结晶，以千克级规模获得了 76%的产率。 利来研究实验室的普及其同事报道了一种在水合乙醇中使用 EDC 形成多肽或酰胺键的方法（方案47）[46s]。 三肽 164的工艺开发需要进行两次酰胺偶联反应，而此前的工作是使用等摩尔的 EDC 和 HOBt 在 CH2Cl2中进行这些反应。这些条件没有导致任何手性损失，并且允许偶联反应在无需保护羟代缬氨酸羟基的情况下进行。进一步的开发重点是提高产率，研究人员尝试在水相条件下进行偶联反应，正如之前在肽和蛋白质合成中所证明的那样。 当在含有 EDC 和定量 HOBt 的水中对 159和 160进行偶联，然后通过在溶剂中进行原位 Boc 去保护反应来去除保护基团，随后对去保护的胺162和酸 163进行偶联时，这一过程并未发生。通过分离出酰胺 161进行两步反应确实能以85%的产率得到三肽 164，但第一步偶联反应在室温下进行时反应速率较慢，因为 161的无控制结晶导致了混合物的不均匀性，搅拌受到阻碍。另一方面，添加醇类溶剂（如乙醇）和稍微提高温度（40°C）可将反应速率提高 5 倍。还发现，催化 HOBt 能在偶联产物中提供高产率的三肽 164，且未观察到异构化现象，也未检测到残留的 HOBt。在实验室中，首先通过向乙醇中的酸 159、胺·HCl 160、催化 HOBt（0.05 份）和 NMM 的混合物中加入EDC（1.1 份）来进行偶联反应。将所得混合物在室温下搅拌10 小时后，加入水使酰胺 161沉淀，通过过滤将其分离，产率为 91%。在进行第二次酰胺偶联反应之前，需用浓盐酸在乙醇中去除 161中的 Boc 基团，然后将释放出的胺溶液与 NMM、HOBt（0.1 份）、羟基酸 163（1.1 份）和 EDC（1.2 份）混合，并在 40°C 下搅拌3 小时。在 41 千克的规模下，加入水并进行种子结晶，从而从溶液中得到 164，收率为 99.5%，对映体比为 99.5%。 在同一篇文章中，研究人员还通过将该方法应用于其他几个耦合对象，来探究该方法的适用范围和普遍性。 默克公司的钟博士及其团队报道了使用EDC在水溶液中进行碘丙酸（i-PrOAc）两相酰胺化反应，以合成纤维蛋白原受体拮抗剂 168，这是一种具有广谱血小板抑制活性的候选药物（方案 48）[46a]。 合成的最后一步涉及将酸（R）-165的钠盐与3-(R)-氨基丁酸半硫酸盐（166）在 EDC存在下进行偶联反应。因此，酸 165的奎宁盐被转化为相应的钠盐，该钠盐以水溶液形式被分离出来。向该溶液中加入胺盐166、i-PrOAc、HOBt（0.075 个当量）和 EDC（1.2 个当量）。反应完成后并经过水相处理后，酰胺 167在 i-PrOAc 中缩合（约 95%的测定产率）为可氢解的苯酯，从而提供 API 168。作者报告称，在没有 i-PrOAc 的情况下，167发生了大量的聚酰胺化反应，因为有机相有效地将167从水相中去除，从而保护其不与 166进一步反应。 尽管 HOBt 在基于碳二亚胺的酰胺化反应中常被用作首选的辅助亲核试剂，但其效果并非总是理想。葛兰素史克公司的研究人员发现，在合成171酰胺的过程中（这是用于预防骨质流失的卡特普森 K 抑制剂 172的一种疗法），HOBt 实际上会增加异构化现象(方案49)[46x]。 EDC促进侧链 169与 170氮杂环烷氨基醇的偶联，在没有任何添加剂的情况下，其异构化率仅为 10%。当使用 DMAP 或 HOBt作为辅助亲核试剂时，异构化水平分别增加到 32% 和 25%。另外，发现 HOOBt 能显著减少这种副反应。因此，在室温或 0°C 下添加 1 摩尔百分比的 HOOBt，分别可得到 1.2% 和 0.4% 的异构化率，而在室温下添加 0.1 摩尔百分比的 HOOBt 则能提供更高的水平（5.3%）。根据这些结果，工厂所采用的工艺要求向氨基醇 170（从上一步骤中缩合而来）的氯仿溶液中加入酸169（1 个当量）和 HOOBt（1.1 摩尔百分比），并冷却至 0°C。随后加入 EDC（1.1 个等当量），所得混合物在 0°C 下搅拌 5 小时。经过水淬和后续处理后，化合物 171在 50 千克的规模下以 82%的产率从 MTBE/甲苯中结晶析出，该过程分两步完成，即从前驱烯烃的还原反应开始生成具有饱和环的氮杂环烷氨基醇170。文章实验部分未提供关于在该规模下观察到的异构化程度的信息。 4.7. Coupling via Phosphonium Salt膦鎓盐类偶联试剂. 4.7.1. BOP. 日本明治西格公司（Meiji Seika Kaisha）的石川及其同事最近报道了 BOP 在大规模应用方面的成果。他们描述了药物候选物 177的合成，这是一种针对整合素αVβ3 和αIIbβ3的拮抗剂，用于治疗冠状动脉血栓（方案 50）[50]。 酰胺键的形成最初是由药物化学小组使用 EDC 和 HOBt 来完成的，但需要 12 小时才能完成，并且需要进行色谱纯化以获得酰胺176。因此，研究人员开发了一种更高效的方案，即向苯甲酸 174和 NMM/DMF 中的冷（4°C）悬浮液中添加 BOP（1.15 个摩尔当量）。经过 30 分钟的酸活化后，加入胺 175，同时将内部温度保持在 7°C 以下，然后将反应混合物在 3 - 8°C 下搅拌 23 小时。通过将反应混合物倒入水中并进行过滤来分离酰胺 176，从而得到超过 200 克的产物，产率为 96%。 4.8. Coupling via Guanidinium and Uronium Salt. 4.8.1. HBTU. 最近有一个关于使用 HBTU 形成酰胺键的实例，该实例是基因泰克公司的工艺化学小组与 Array 生物制药公司的科学家合作完成的，在合成 ipatasertib·HCl（182）时实现的，这是一种用于治疗癌症的 Akt 抑制剂（方案 51）[54]。 合成的最后一步涉及将哌啶双盐酸盐179和手性酸 180进行偶联。因此，经过Boc 保护的哌嗪 178与乙醇 HCl 一起处理，以去除 Boc 并生成双 HCl 盐 179，由于其极高的吸湿性，该盐在接下来的步骤中被缩合到甲苯悬浮液中，以便于分离。向该悬浮液中加入 CH2Cl2、i-Pr2NEt、酸180和最终的 HBTU（固体形式）分两次加入。3 小时后，反应经历了复杂的水相处理过程以去除与 HBTU 有关的杂质。因此，有机相首先用饱和的水溶液 NaHCO3和 NH4Cl 进行洗涤以去除 HOBt。将溶剂切换为 i-PrOAc，并用 0.6 N NH4OH、25 wt% NH4Cl 和水彻底萃取有机相，从而去除四甲基脲和PF6盐。将富含产物的 i-PrOAc 液相与活性炭和 SiliaMetS 硫醇（用于从之前进行的不对称酮还原反应中清除钌，该反应确定了 178号化合物的醇基）混合后，通过从 MTBE/n-庚烷中结晶，从 179中得到了 4.7 千克的酰胺 181，产率为 81%。文章中未提供关于用于酰胺键形成的其他替代方法的任何信息，除了 HBTU 之外。 4.8.2. HATU. 奥谢亚及其在默克公司的同事描述了奥达纳卡替（185）的制备过程，这是一种用于治疗骨质疏松症的组织蛋白酶 K 抑制剂（方案 52）[57b]。 合成的最后一步涉及将酸183与环丙胺·HCl 184进行偶联，并进行了条件筛选。简单的方案，如(COCl)2、SOCl2或与苯甲酰氯形成的混合酸酐，得到的产物产率都较低。而使用 PyBOP、TBTU 和 HATU 则观察到了更高的转化率和产率，其中后者被选作进一步开发的材料。实验方案要求在 3°C 下，将 i-Pr2NEt 在 183、184和 HATU 的 DMAc 悬浊液中缓慢加入 1.5 小时，同时内部温度保持在 10°C 以下。当碱加入完毕时，反应已经完成，加入水使奥达纳卡替从溶液中沉淀出来，产率为 79%，纯度为 98.5%。通过从THF/水中重结晶，光学纯度提高到 99.9%，总产率为76%。 费伊及其在诺华公司（位于中国和美国）的同事报道了羟甲酸189的制备过程，这是一种用于治疗细菌感染性疾病的 LpxC 抑制剂（方案 53）[57c]。 中间体 188的合成需要将苯甲酸 186和胺 187进行偶联（通过用氢氧化钠水溶液处理使其从氯化铵盐中游离出来）。由于188为一种油状物质，无法通过结晶进行提纯，因此需要采用高效的偶联工艺和处理步骤来尽可能减少杂质。因此，需要使用 1.2摩尔的 187作为反应物，以完全消耗由186与HATU 活化所生成的苯并三唑基酯中间体，因为这种活化的酯在水相处理过程中无法被去除。反应完成后，将混合物用i-PrOAc 溶液稀释，并依次用含盐酸的水溶液洗涤以去除 i-Pr2NEt 和剩余的 187，用含碳酸钠的水溶液洗涤以去除副产物 HOAt，再用水洗涤。经过浓缩后，188以 94%的产率和>99%的光学纯度作为油状物质分离出来，并在下一步中无需进一步提纯即可使用。 另一种由 HATU 促进形成的酰胺键的例子来自普林斯顿 API 服务公司、J-Star 研究所、台湾斯科诺制药公司以及微生物剂国际合作组织的合作项目。该团队发表了以千克规模合成 HIV 入侵抑制剂 192的方法（方案 54）[57e]。 合成过程的最后一步实现了α-酮酸 190与哌啶 191的偶联反应。基于在对类似基底进行过先前研究之后，研究人员尝试在诸如 NaHMDS、LiHMDS 或 NaOt-Bu 等碱的存在下，将 190的甲酯衍生物与 191直接偶合，但未获得预期的活性药物成分（API）。因此，进行了酰胺偶合试剂筛选实验，发现与 (COCl)2反应生成的酰氯产物仅以 20%的产率得到192，而添加 HOBt 会产生多种副产物。将 190和 191进行偶合的最终条件要求在相同溶剂中，将 HATU 的 DMF 溶液添加到 190、191和 i-Pr2NEt 的混合物中，并在 25°C 下反应。“Upon”反应完成之后，向其中加入乙醇以沉淀出粗制的192。该物质随后通过在 30°C 下用 Darco KB 在 CH2Cl2中处理以及从正庚烷中结晶的方式进行进一步纯化。在 90°C 的正丙醇中形成最终的悬浊液以获得所需的晶型，从而得到了 953 克的活性药物成分，总产率为 84%。 4.8.3. TBTU. 塔布特已被西蒙诺乌及其同事在加拿大博伊恩-英格尔曼公司所使用，用于大规模制备用于治疗高血压的口服有效的肾素抑制剂 196（方案 55）[17d]。 为了引入胺片段194而进行的酰胺偶联反应，此前是通过在羧酸部分完全修饰的 2-氨基-4-噻唑基甲基上进行的，这导致形成了大量的 2(R)-丁二胺异构体。作为替代方案，通过筛选众多偶联试剂（文中未提供清单）对噻唑前体 193和胺 194的偶联反应进行了研究。许多这些试剂的异构化水平较低（低于 1%），于是研究团队选择了 TBTU 进行进一步的研究开发。最终的译文：这个实验方案要求将 i-Pr2NEt 按比例添加到193、194和 TBTU 的乙腈溶液中，温度保持在0-5 ℃，然后加热至 20 ℃。经过水相处理和两次通过硅胶过滤后，从浓乙酸乙酯溶液中结晶出 195，得到 1.2 千克的产物。从滤液中获得了第二次收率为 70%的产物（189 克）。少量的2(R)-异构体（约 0.5%）可以通过结晶去除。 加拿大勃林格-英格尔公司的研究人员还报告了关于 TBTU 使用的另一项应用情况，即在制备200大环内酯类化合物（一种用于治疗丙型肝炎的 HCV NS3蛋白酶抑制剂）的过程中（方案 56）[58a]。通过向酸 197和胺·HCl 198的混合物中加入 TBTU（1.1 份当量）和亨格的碱，实现了酰胺 199的形成。经过水相萃取和有机相浓缩后，分离出了 72 克粗制的 199，其为黄色泡沫状物，并直接进入下一步处理，无需任何额外的纯化步骤。 4.8.4. TPTU. 瑞士基亚-吉吉公司的科学家们在制备抗艾滋病药物 203 时曾报道过大规模应用 TPTU 的实例（方案 57）[46b]。 合成的最后一步是将二胺 201与 N-(甲氧羰基)-L-叔亮氨酸（202）进行双偶联反应。在实验室规模下，赫尼格的碱（6 份当量）被添加到 202（3 份当量）和 TPTU（3 份当量）的冰冷却悬浮液中，在 CH2Cl2中进行反应。然后，活性酯与 201的三氯化氢盐一起处理。反应完成后，通过水相萃取去除 TPTU 产物，接着进行硅胶过滤和在 i-Pr2O 中的浆状处理，从而得到超过半公斤的203，产率为 73%。该材料可通过在水/乙醇中进行重结晶的方式进一步提纯。 4.8.5. TOTU. 德国霍斯特公司（Hoechst AG）的工艺化学家通过 TOTU 技术展示了两种酰胺偶联的例子。首先，他们报道了用于治疗不稳定型心绞痛、心肌梗死、静脉血栓形成和中风的凝血酶抑制剂207的合成（方案 58）[36]。 合成过程中的最后一步是将胺204和环己基铵羧酸盐 205偶联生成酰胺 206。在工厂中，将 NMM 和 TOTU（1.07 份当量）依次加入到204和 205的二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，在 0°C 下进行反应。在该温度下反应 15 分钟后，通过真空去除 DMF，并对残留物进行水相处理以得到 206。这种粗制酰胺随后与乙醇盐酸在苯甲酯的催化下进行水解，生成 API 207的盐酸盐。这种偶联过程中的一个潜在问题是反应介质中存在来自 205的环己胺，这可能会生成相应的酰胺，但这一点在文章中并未进行讨论。 霍斯特公司提供的另一个例子展示了如何使用 TOTO 来制备 C2对称的 HIV 蛋白酶抑制剂 211（图 59）[35a]。 中间体210是通过在 0°C 下用二甲基甲酰胺（DMF）中混合 208（2.5当量）和 209，并加入赫尼格的碱（8当量）来形成双酰胺键而生成的，随后加入乙基氰基亚氨基乙酸酯（2.5当量；该试剂使用的理由在文章中未提及，但可能起到消旋抑制剂的作用）和 TOTO（2.5当量）。在恢复至室温后，通过真空除去 DMF 并加入水合碳酸氢钾使 210结晶，然后从 MTBE 中重结晶得到1.23 千克的 210，产率为 88%。 4.9. Coupling via Triazine Reagent三嗪类偶联试剂. 4.9.1. Cyanuric Chloride三聚氯嗪. 默克公司的工艺小组公布了塔拉班巴特（214）的大规模制备过程，这是一种用于治疗肥胖症的 cannabinoid-1 受体逆向激动剂（方案 60）[17i]。 合成的最后一步涉及胺212与酸 213之间的酰胺键形成，从而得到活性化合物 214。最初，此步骤使用 EDC/HOBt 和 Et3N 作为碱来完成，但所得的塔拉班巴特呈黄色，无法通过 Ecosorb 去除。进一步优化后，用吡啶取代了 Et3N，并去除了 HOBt，但 EDC 的高成本要求寻找更经济的替代品，于是研究人员研究了使用三聚嗪氯的方法。当采用常规方案（通过酸与三聚嗪氯在碱存在下的反应预先形成活性酸物种）时，得到了不理想的结果。另一方面，在 50°C 下将 NMM 加入到酸、胺和三聚嗪氯的混合物中（仅需 0.6 个当量）并持续 4 小时，经过水提和从 MTBE/n-庚烷中结晶处理后，可得到塔拉班巴特，产率为 94%。结晶过程中需要添加半溶剂以促进结晶。通过在乙醇/水溶液中研磨、过滤掉低纯度的不溶物质（约 5% 重量，纯度为 31%）并用 90% 的回收率对塔拉班巴特进行重结晶，该物质的对映体纯度可以从 94% 提高到 99% 的旋光度纯度。 4.9.2. CDMT. 约翰逊及其在诺华公司的同事报道了化合物 218的合成，这是一种用于治疗高血压的中性内肽酶/血管紧张素转换酶双重抑制剂，还能缓解充血性心力衰竭、利尿、钠排泄和血管扩张（方案 61）[13d]。 在该团队之前的研究中，胺216与（S）-2-乙酰硫基-3-甲基丁酸酯使用多种偶联试剂（IBCF、PivCl、DCC/HOBt、CDMT）进行了偶联反应，但观察到大量杂质生成和对映体纯度的显著降低。作为替代方案，（R）-2-溴异戊酸被研究作为偶联伙伴。当这种酸（其稳定的 i-Pr2NH 盐（215,> 98% ee））与 IBCF 反应时，观察到产生了大量的脲和对称脲（类似于与（S）-2-乙酰硫基-3-甲基丁酸酯的情况）。另外，在 -10°C 下加入 CDMT 和NMM 作为碱反应 2 小时，可得到相应的活化酸。无需分离，胺·HCl216被添加以生成酰胺 217，加入水后可从溶液中沉淀出来，从而提供具有少量异构化（> 97% 的差向异构体）的材料。通过在乙醇/水混合溶剂中进行重结晶操作，进一步提纯，得到了酰胺产物，其纯度超过 99%，产率为 74%。 礼来公司的工艺小组描述了药物候选物222的制备过程，这是一种用于治疗癌症的多靶点抗叶酸药物（方案 62）[62a]。 酸 219在二甲基甲酰胺中于25°C 下使用 CDMT 活化 1 小时，随后加入 L-谷氨酸二乙酯·盐酸盐（220）。反应完成后，水相处理分离出了 221的游离碱，其以 CH2Cl2溶液的形式存在，该溶液随后转化为超过 11 千克的对-三苯甲氧基盐。一个有趣的观察结果是，在酰胺键步骤之前，嘧啶环上的氨基无需进行保护。 4.9.3. DMTMM. DMTMM 在工艺化学中的应用实例见于维尔豪尔、谢伊及其诺华公司的研究团队所制备的大麻素 1 抑制剂 226（一种用于治疗肥胖症和糖尿病的候选药物）的制备过程（图 63）[62c]。 与将没食子酸衍生物223和仲胺 224进行偶联相关的挑战之一是 223中手性中心的异构化。起初对 DMTMM、CDMT 和 IBCF 的实验导致了相当程度的消旋化（8-30%），这很可能是由于在 223中的苄基质子在活化酯形成时酸性增强所致。在较低温度下，与 CDMT 和 IBCF 相比，DMTMM 提供了最佳结果，并且通过使用游离碱 224而不是其 HCl 盐，观察到了反应速率的增加，这也有助于将消旋化程度降低至仅 1.5%的异构体。在实验室规模下，将 224·HCl 与 Cs2CO3在水性四氢呋喃（19:1 v/v 四氢呋喃:水）中于常温下处理以生成 224的游离碱。然后向该混合物中加入 223的酸溶液（在甲苯中）。固体DMTMM 分多次加入，反应在 -5°C 下冷却 16 小时。经过水相处理后，酰胺 225以甲苯溶液的形式被分离出来，并进一步缩合进入下一步（与 BH3·THF 反应进行酯和酰胺还原）。酰胺 225的产率为 96:4 er，仅有 2% 的异构化（酸223的异构化比例为 98:2）。 4.10. Coupling via Boron Reagent硼类偶联试剂. 4.10.1.Boric Acid硼酸. 葛兰素史克公司的工艺化学小组曾使用硼酸来制备埃法普罗维拉（230），这是一种用于治疗癌症的商业药物（图 64）[83a]。 像羧酸 228这样的底物，其分子上具有酚基功能，通常在形成酰胺键之前需要对羟基进行保护。然而，使用 B(OH)3（0.1 份当量）使得未保护的 228和苯胺 227在甲苯中在回流条件下、在迪恩-斯塔克条件下进行偶联成为可能。所得的酰胺在冷却时结晶，并以 86%-95% 的产率在克级规模下被分离出来。硼酸的添加显著缩短了与药物化学小组所报道的方案相比的反应时间和温度。该方案在二甲苯中回流条件下将227和 228进行偶联，无需催化剂，持续 3 天。 马塔德及其在美加菲制药公司以及印度 B.H. 商学院和 A.M. 科学学院的化学系工作的同事，已发表了对在工业生产 cinacalcet·HCl（231；赛辛帕尔、米姆帕拉；图 13）过程中检测到的几种杂质的合成方法的研究。cinacalcet·HCl 是一种用于治疗甲状旁腺功能亢进症的钙敏感受体激动剂[83c]。 文中所提及的一种杂质是化合物 235（方案 65），它在cinacalcet 中的苯环位置上取代了一个环己基环。（这种杂质的来源被追溯到在之前的 N-烷基化步骤中所使用的试剂之一，即 1-(3-溴丙基)-3-(三氟甲基)苯。）酰胺234的制备是通过将酸 233和手性胺 232的溶液在催化硼酸（5.5 摩尔%）存在下于德恩-斯塔克条件下回流加热来完成的。经过 16-18 小时后，进行了水相萃取，粗制酰胺234获得了76% 的产率，并在下一步（酰胺还原）中直接使用，无需进一步纯化。 4.10.2. 3-Nitrophenylboronic Acid间硝基苯基硼酸. 英国 Celltech-Chiroscience 公司的布罗克斯及其同事报道了对维拉帕米·盐酸盐（235；图 14）这两种对映体的大规模制备，这是一种用于治疗心血管疾病的商业药物[84]。 目前，维拉帕米是以外消旋体的形式使用的，但由于这两种对映体具有不同的生物学效应，开发出各自对映体的制备方法将是有利的。对于（S）-维拉帕米·盐酸盐（（S）-236，方案 66）的制备，通过经典方法对其外消旋体进行（S）-α-甲基苄胺（这种胺的两种对映体都容易获得，因此酸的任何一种对映体都是可得的）进行拆分，得到差向异构盐 237。在盐分解之后，酸 238（>95% ee）以二甲苯溶液的形式缩合到胺 239中，在催化剂 3-硝基苯基硼酸（0.5摩尔%）的存在下于回流条件下进行反应。经过水相处理和浓缩，酰胺溶液用 240掺入并冷却，从而得到480 克所需的酰胺，产率为 85%。这种酰胺键的形成步骤也可以使用催化用硼酸来完成，但这种试剂效率较低，且需要更高的负载量（10-20 摩尔%）。 5. CONCLUSIONS 在药物候选物的合成过程中，酰胺键的形成具有极其重要的意义，这一点不容置疑。工艺化学家拥有多种方法来生成酰胺，但大规模生产所面临的限制使得选择范围缩小到了更小的试剂类别中。根据本综述中所列举的实例数量，用于通过试剂实现酸活化的首选方法是 EDC，, SOCl2 , CDI, and (COCl) 2。接着是第二组化合物，其中包括 PivCl、IBCF、T3P 和 DCC。 在这篇综述中所提及的大多数试剂都是按化学计量比使用的，而其中一些试剂，比如胍鎓盐和尿鎓盐，其原子利用率极低。因此，美国化学学会绿色化学制药圆桌会议将开发出更环保且高效的酰胺键形成方法确定为其首要任务之一[106]。 近年来，酰胺键形成的催化过程的发展呈现出复苏的态势。诸如本综述第2.4节和第 4.10节中所描述的硼衍生试剂等方法，已在多个实例中实现了大规模应用。除了硼之外，诸如锌[107]、钛[108]、锆[109]、铝[110]、铟[111]、硅[112]和铌[113]等元素所参与的催化方法也具有非常诱人的前景，经过进一步的发展，它们有可能进入过程化学领域，并取代一些更为传统的计量方法。此外，酶作为合成初级、次级和三级酰胺的绿色方法也受到了广泛关注[1p]，其中大多数例子都属于脂肪酶。这类催化剂具有高度的选择性，并且酰胺化可以在诸如水和醇等绿色溶剂中进行。然而，目前的技术显示出非常有限的底物范围，并且通常需要很长的反应时间（数天）。 其他研究也致力于寻找苯并三唑基耦合试剂的更安全替代品。因此，基于氧甲基的试剂，如 COMU（1-[(1-氰基-2-乙氧基-2-氧代乙基亚氨基氧基)-二甲基氨基-吗啉甲基亚甲基)]六氟磷酸甲烷铵）[114]，已作为具有相似反应活性的更安全替代品而出现。 最后，人们也探索了用于合成酰胺的羧酸与胺之间传统连接方式的替代方法。一个显著的例子是钌催化下的胺与醇的偶联反应，该反应仅产生一等量的氢气作为唯一副产物[115]。即使使用仅 0.1 摩尔百分比的钌催化剂，也能获得高产率，并且无需添加任何添加剂或定量的氧化剂。这种转化还可以通过催化 ZnI2和定量的叔丁基过氧化氢来实现[107b]。另一个例子是通过官能化醛（甲酰环丙烷、α，β-不饱和醛、α-卤代醛、环氧醛）来制备酰胺[116]。 无论选择何种试剂，酰胺键的形成无疑仍将是工业化学中用于药物合成的最重要的反应之一。社会和经济方面的压力已经对推动更安全、更环保和更经济的试剂及方法产生了明显的影响。我们坚信，如果这些新技术能够实现规模化应用，那么其中许多将会被常规地纳入大规模的合成原料药的操作流程中。

进入21世纪以来，化学领域取得了多项突破性进展，从合成方法学的革新到新型材料的发现，从分子机器的设计到人工智能在化学中的应用，化学研究不断拓展边界，为人类解决能源、环境、医药等重大挑战提供了关键工具。 诺贝尔化学奖获奖成果：引领化学发展方向的里程碑，诺贝尔化学奖作为化学领域最高荣誉，其评选结果往往代表了化学研究的前沿方向。2000-2025年间，诺贝尔化学奖涵盖了从合成化学到材料科学、从分子生物学到人工智能等多学科交叉领域，呈现出化学研究的多元化趋势。 合成化学方法学的革命性突破2000年：导电聚合物的发现与发展艾伦·黑格、艾伦·麦克迪尔米德和白川英树因发现导电聚合物而获奖。这一发现打破了"所有聚合物都是绝缘体"的传统观念，为有机电子学开辟了新天地。导电聚合物已应用于柔性显示屏、太阳能电池和抗静电材料等领域，成为连接化学与材料科学的重要桥梁。 2001年与2022年：手性催化与点击化学的双重突破威廉·诺尔斯、野依良治和巴里·夏普利斯(2001年)因不对称催化氢化/氧化反应获奖，而2022年夏普利斯再次获奖，与莫滕·梅尔达尔、卡罗琳·贝尔托齐共同获得"点击化学与生物正交化学"的诺贝尔化学奖。点击化学的概念由夏普利斯在21世纪初提出，强调"让分子构建块像乐高积木一样快速、高效地结合"。他和梅尔达尔分别独立开发了"铜催化的叠氮化物-炔烃环加成"反应，被称作点击化学的"王冠上的明珠"。贝尔托齐则将点击化学拓展至生物领域，开发了"生物正交"反应，可在不干扰生物系统的情况下进行分子标记和追踪。 2021年：不对称有机催化的开创本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦因各自独立开发出第三类催化剂——不对称有机催化剂而获奖。这一催化剂基于简单有机小分子(如脯氨酸)，解决了手性分子合成中的环保和成本问题，使药物合成更加高效和绿色。正如诺贝尔化学奖委员会所言："催化剂是化学家的基本工具，而有机催化为这一工具增添了新维度。" 分子结构解析技术的飞跃2002年：生物大分子质谱与NMR结构解析约翰·芬恩、田中耕一和库尔特·维特里希因开发软解吸电离方法用于生物大分子质谱分析及利用核磁共振波谱学测定溶液中生物大分子三维结构而获奖。这些技术使科学家能够直接观察蛋白质等大分子的结构和功能，为药物设计和疾病研究提供了强大工具。 2017年：冷冻电子显微镜技术雅克·杜博歇、约阿希姆·弗兰克和理查德·亨德森因开发冷冻电子显微镜技术用于高分辨率测定溶液中生物分子结构而获奖。该技术能在接近自然状态下观察生物分子，使科学家能够解析包括蛋白质、DNA和病毒颗粒等复杂分子的三维结构，极大推动了结构生物学和药物开发的进步。 材料科学的突破性进展2003年：水通道蛋白与离子通道研究，彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农因发现细胞膜水通道和离子通道的结构与机理而获奖。他们的工作揭示了水分子和离子如何穿过细胞膜，为理解生命过程中的物质运输提供了基础，也为药物开发提供了新靶点。 2019年：锂离子电池研发约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰因在锂离子电池研发中的贡献获奖。古迪纳夫在80多岁高龄时开发出钴酸锂正极材料，大幅提升了电池的能量密度和安全性。如今，锂离子电池已成为智能手机、电动汽车和可再生能源存储的核心技术，推动了全球能源转型。 2023年：量子点的发现与合成蒙吉·巴文迪、路易斯·布鲁斯和阿列克谢·伊基莫夫因发现和合成量子点而获奖。量子点是纳米尺度的半导体颗粒，其尺寸决定光学特性，可发出不同颜色的光。这一发现推动了纳米技术的发展，使量子点在OLED显示、生物成像和太阳能电池等领域得到广泛应用。 2025年：金属有机框架材料的开发北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉因开发金属有机框架(MOF)材料而获奖。MOF由金属离子和有机分子通过配位键连接形成，内部具有巨大空腔，表面积可达足球场级别。这种材料可精准吸附和分离气体分子，应用于二氧化碳捕集、氢气储存、药物递送和环境净化等领域，被誉为"化学的新空间"。 生物化学与分子生物学的深度融合2004年：泛素介导的蛋白质降解，阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和欧文·罗斯因发现泛素介导的蛋白质降解而获奖。这一机制揭示了细胞如何选择性降解不需要的蛋白质，为理解细胞调控提供了新视角，也为癌症治疗和神经退行性疾病研究提供了新思路。 2005年：烯烃复分解反应伊夫·肖万、罗伯特·格拉布和理查德·施罗克因发展烯烃复分解反应获奖。该反应利用金属催化剂催化双键的重新排列，使复杂分子合成更加高效。这一技术被广泛应用于制药、高分子材料和香料合成等领域，成为现代有机合成的重要工具。 2008年：绿色荧光蛋白(GFP)的发现下村修士、马丁·查尔菲和钱永健因发现和开发绿色荧光蛋白(GFP)而获奖。GFP已成为生物科学研究中最常用的标记工具，使科学家能够在活体细胞中实时观察蛋白质的定位、相互作用和动态变化，极大推动了细胞生物学和神经科学的发展。 2009年：核糖体结构与功能研究文卡特拉曼·拉马克里希南、托马斯·施泰茨和阿达·约纳特因对核糖体结构和功能的研究获奖。核糖体是蛋白质合成的工厂，他们通过X射线晶体学阐明了核糖体的原子级结构，揭示了蛋白质合成的分子机制，为抗生素设计提供了新思路。 2020年：CRISPR-Cas9基因编辑技术埃玛纽埃尔·夏彭蒂埃和詹妮弗·杜德纳因开发CRISPR-Cas9基因组编辑方法获奖。这一技术被誉为"基因剪刀"，使科学家能够精确修改DNA序列，为遗传病治疗、基因治疗和生物技术研究提供了革命性工具，已在全球范围内引发生物医学研究的热潮。 2024年：人工智能破解蛋白质结构密码戴维·贝克、德米斯·哈萨比斯和约翰·江珀因通过人工智能破解蛋白质结构密码而获奖。贝克开发的Rosetta@home和哈萨比斯团队开发的AlphaFold等工具，实现了对蛋白质结构的高精度预测，解决了困扰科学界50多年的难题。这一突破使蛋白质结构研究从实验室走向大规模预测，极大加速了药物开发和疾病研究进程。 理论与计算化学的崛起2013年：复杂化学系统多尺度模型马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特和阿里耶·瓦谢尔因开发用于复杂化学系统多尺度模型的计算方法获奖。他们的工作使计算机能够模拟从简单分子到生物大分子的化学反应过程，为理解生物分子功能和药物设计提供了新工具，推动了计算化学的发展。 国内重要化学突破单原子催化：原子级精度的催化新范式，张涛团队于2009年首次制备出实用载体负载的单原子催化剂，并于2011年提出"单原子催化"新概念。这一概念将催化研究尺度从纳米级推进到原子级，实现了对催化剂活性中心的精确控制。单原子催化剂比传统纳米催化剂活性高2-3倍，已在氯乙烯生产、烯烃氢甲酰化、制药和精细化工等领域实现工业化应用。2025年，张涛团队的"单原子催化"成果荣获国家自然科学奖一等奖，成为全球催化领域的重要前沿方向。 六氮分子：百年空白的填补钱伟煜团队于2025年首次在实验室捕获了传说中的"六氮分子"(N₆)，这是一种由6个氮原子组成的中性分子，打破了"氮同素异形体无法合成且无法稳定存在"的桎梏。理论计算表明，N₆在室温下气相中的寿命可达毫秒级，在液氮温度(77 K)下寿命超过一个世纪，为含能材料相关应用(如火箭推进剂、清洁炸药、能量存储)提供了新可能。这一成果被审稿人誉为"诺奖级突破"，为氮同素异形体化学做出了重要贡献。 乌尔曼-马反应：全球制药公司的核心工具马大为院士在乌尔曼反应基础上，发现氨基酸配体可显著提高反应效率，开发出"乌尔曼-马反应"。这一反应已成为全球制药公司每天都在使用的核心化学反应，被应用于超过70个复杂活性天然产物的高效全合成，创造了35个"最快"、15个"最短"合成路径的世界纪录。2019年，马大为将曲贝替定(全球最难合成的抗肿瘤药之一)的合成路线缩短至26步，总步骤减少1/3，使中国成为该原料药全球最大供应商。2024年，马大为荣获上海市科技功臣奖，其贡献被国际同行称为"改写教科书的反应"。金属有机框架(MOF)材料：从基础研究到产业化应用 中国科学家在MOF材料研究与应用方面取得了显著进展。例如，中国科学院大连化学物理研究所的郭丙志团队开发了多种MOF材料用于二氧化碳捕集与转化；中国科学技术大学的俞书宏团队利用MOF材料模板成功合成了高性能纳米复合材料；复旦大学的赵东元团队则在MOF的合成方法学和功能调控方面做出了重要贡献。这些研究为MOF材料在环境治理、能源存储和药物递送等领域的应用奠定了基础。 石墨烯制备：从实验室到产业化的突破2004年，安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在英国曼彻斯特大学通过胶带剥离法成功制备出单层石墨烯，这一成果使他们获得2010年诺贝尔物理学奖。中国科学家在石墨烯的规模化制备、功能化修饰和应用开发方面做出了重要贡献。例如，清华大学的冯志红团队开发了石墨烯薄膜的连续制备技术；浙江大学的高超团队则在石墨烯宏观组装和功能应用方面取得了系列突破，推动了石墨烯从基础研究向产业化应用的转变。 烯烃复分解催化剂的绿色化中国科学家在烯烃复分解催化剂的绿色化方面取得了重要进展。例如，中科院大连化学物理研究所的陈庆安团队开发了高效、可回收的非贵金属烯烃复分解催化剂，大幅降低了反应成本和环境污染；南开大学的周其林团队则在手性催化剂的分子设计与合成方面做出了系统性贡献。这些研究为烯烃复分解技术的工业应用提供了新思路，有助于推动绿色化学的发展。 国际重要化学发现金属有机框架(MOF)材料：分子级智能储物架MOF材料由金属离子和有机分子通过配位键连接形成，内部具有巨大空腔，表面积可达足球场级别。北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉三位科学家在1980-1990年代的开创性工作为MOF材料的发展奠定了基础。如今，MOF材料已在多个领域得到应用：加拿大企业测试的MOF材料(CALF-20)可高效捕获工厂排放的二氧化碳；NU-1501材料实现常压下安全储氢，推动氢能源汽车发展；包裹化疗药物的MOF载体可精准靶向癌细胞，提升药效3倍；吸附水中PFAS和药物残留的MOF材料已用于污水净化。 量子点：尺寸决定特性的纳米材料，量子点是纳米尺度的半导体颗粒，其尺寸决定光学特性，可发出不同颜色的光。阿列克谢·伊基莫夫于1981年首次观察到量子点现象，而蒙吉·巴文迪、路易斯·布鲁斯则进一步发展了量子点的合成方法并拓展了其应用。如今，量子点已广泛应用于OLED显示、生物成像和太阳能电池等领域。在显示技术中，量子点电视(QLED)具有更高的色彩纯度和更低的能耗；在生物医学领域，量子点标记的抗体可用于癌症早期诊断和药物递送；在能源领域，量子点太阳能电池具有更高的光吸收效率和更低的制造成本。单原子催化：原子级精度的催化新范式 单原子催化概念虽由张涛团队提出，但国际科学界也开展了广泛研究。美国加州大学伯克利分校的杨培东团队在单原子催化剂的表征与机理研究方面做出了重要贡献；德国马普研究所的费伦巴赫团队则开发了多种单原子催化剂用于环境污染物治理。单原子催化已成为全球催化领域的核心前沿，百余个国家、数千个课题组跟进研究，已在50余种不同反应中显示出优于传统催化剂的性能，为开发新一代高效低成本催化剂提供了理论基础和实践路径。 点击化学：分子乐高的构建理念，点击化学由卡尔·巴里·夏普利斯在21世纪初提出，强调"让分子构建块像乐高积木一样快速、高效地结合"。这一理念已在全球范围内得到广泛应用，包括药物开发、材料合成和生物成像等领域。例如，制药公司利用点击化学技术开发出新型抗癌药物，可在生物体内精确连接到癌细胞表面；材料科学家则利用点击化学构建出具有特殊功能的高分子材料；生物学家则利用点击化学在活体细胞中追踪分子相互作用。 绿色化学工艺：从实验室到产业化的突破，Elevance公司于2007年开发了一种基于植物油的绿色化学工艺，利用催化技术将植物油分解为可用于生产洗涤剂、蜡、溶剂和化妆品油的原料。该工艺使用了烯烃复分解催化技术，可替代部分石油基产品，降低能耗和减少废弃物。Elevance公司利用这一技术在美国和印度尼西亚建立了生产基地，使用棕榈油作为原料，不仅成本低于大豆油和玉米油，还避免了与食品原料的直接竞争。这一工艺获得了2012年美国环保署颁发的总统绿色化学挑战奖，标志着绿色化学从实验室走向产业化的成功案例。 有机合成中的金属有机框架：分子建筑的新理念，MOF材料的出现彻底改变了传统化学的研究思路，从简单分子合成转向分子结构的精准设计与构建。其独特之处在于，科学家可以通过选择不同的金属离子和有机分子，像建筑师那样"定制"材料的性质，设计出具有不同孔径、表面积和功能的MOF材料。这种"分子建筑"理念使化学家能够在分子层面主动"规划空间"，用理性设计取代以往依赖偶然发现的实验探索，为解决能源、环境和材料科学领域的重大挑战提供了全新路径。 化学发现的广泛影响医药领域的革新。不对称催化与手性药物合成不对称催化技术(2001年与2021年诺贝尔化学奖)为手性药物的高效合成提供了关键技术支撑。手性药物是指两种分子在成分上完全一样，但空间结构彼此互为镜像，好比人的左手和右手。互为手性的分子特性可能有很大差异，化学家通常只需要其中一种，尤其是在生产药品时。不对称催化反应能够选择性地合成所需手性分子，避免产生无效甚至有毒的对映异构体。例如，普瑞巴林(治疗神经性疼痛的药物)和达菲(抗流感药物)等手性药物的合成均受益于不对称催化技术，显著降低了生产成本，提高了药物纯度和疗效。 点击化学与生物正交化学在药物开发中的应用点击化学与生物正交化学(2022年诺贝尔化学奖)为药物开发提供了新工具。贝尔托齐开发的无铜催化的"应变促进的炔烃-叠氮化物环加成"反应可在生物体内安全进行，为追踪癌细胞表面的聚糖提供了新方法。她和同事开发的新型生物药物通过给酶添加聚糖特异性抗体，使其能够分解肿瘤细胞表面的保护性聚糖，增强免疫系统对肿瘤的攻击能力。这种药物已在晚期癌症患者身上进行临床试验，显示出良好的治疗前景。 冷冻电镜技术与药物靶点研究冷冻电镜技术(2017年诺贝尔化学奖)使科学家能够在接近自然状态下观察生物分子，为药物靶点研究提供了强大工具。例如，科学家利用冷冻电镜技术解析了SARS-CoV-2病毒的刺突蛋白结构，为开发针对COVID-19的疫苗和药物提供了关键信息；冷冻电镜还被用于研究多种膜蛋白和病毒颗粒的结构，为理解疾病机制和开发新药奠定了基础。 CRISPR-Cas9与基因治疗CRISPR-Cas9技术(2020年诺贝尔化学奖)为基因治疗提供了革命性工具。该技术已被应用于多种遗传病的治疗研究，包括镰刀型细胞贫血症、杜氏肌营养不良症和遗传性失明等。例如，科学家利用CRISPR-Cas9技术在临床试验中成功修复了镰刀型细胞贫血症患者的基因缺陷；在癌症治疗领域，CRISPR-Cas9技术被用于改造T细胞，增强其对肿瘤的杀伤能力；在农业领域，该技术被用于开发抗病虫害和抗逆境的作物新品种，提高粮食产量和品质。 AlphaFold与药物靶点预测AlphaFold等人工智能工具(2024年诺贝尔化学奖)实现了对蛋白质结构的高精度预测，为药物靶点发现和优化提供了新思路。例如，科学家利用AlphaFold预测了超过2亿种蛋白质的结构，包括许多尚未被实验解析的疾病相关蛋白；这些预测结构为药物设计提供了关键信息，加速了新药开发进程；AlphaFold还被用于研究蛋白质相互作用网络，揭示疾病发生发展的分子机制，为开发多靶点药物提供了理论基础。 能源领域的突破锂离子电池：移动能源的革命锂离子电池(2019年诺贝尔化学奖)的突破使便携电子设备、电动汽车和可再生能源存储成为可能。约翰·古迪纳夫开发的钴酸锂正极材料大幅提升了电池的能量密度和安全性；斯坦利·惠廷厄姆则开发了首个锂离子电池的负极材料；吉野彰则将这些材料整合成实用的锂离子电池。如今，锂离子电池已广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领域，推动了全球能源结构的转型。 金属有机框架(MOF)与气体储存MOF材料(2025年诺贝尔化学奖)在气体储存领域的应用具有巨大潜力。例如，MOF-5等材料可高效储存氢气，解决氢能源汽车的储氢难题；MOF材料还可用于储存甲烷，提高天然气运输的效率和安全性；在二氧化碳捕集与封存领域，MOF材料可高效吸附工业排放的二氧化碳，为碳中和目标的实现提供了技术支撑。 量子点与太阳能电池量子点材料(2023年诺贝尔化学奖)在太阳能电池领域的应用具有革命性意义。量子点的尺寸可调性使其能够吸收更广范围的太阳光谱，提高太阳能电池的光吸收效率；量子点太阳能电池的制备工艺简单，成本低，适合大规模生产；此外，量子点还可用于热电材料和光催化材料，为清洁能源的高效转换与利用提供了新途径。 烯烃复分解催化剂与可再生能源烯烃复分解催化剂(2005年诺贝尔化学奖)在可再生能源材料合成中发挥重要作用。例如，该技术被用于合成高性能的太阳能电池材料和燃料电池催化剂；还被用于合成生物燃料和可降解塑料的前体物质，推动了可再生能源和绿色材料的发展；此外，烯烃复分解反应还可用于合成润滑油和塑料添加剂，提高能源利用效率。 单原子催化与氢能源单原子催化技术在氢能源领域的应用前景广阔。单原子催化剂可用于高效催化水电解制氢反应，降低能耗，提高产氢效率；也可用于催化氢气的储存与释放，解决氢能源的安全储存问题；此外，单原子催化剂还可用于催化氢燃料电池中的氧还原反应，提高电池效率和寿命。这些应用将推动氢能源从实验室走向产业化，成为清洁能源的重要组成部分。 材料科学的进步导电聚合物：柔性电子的基础导电聚合物(2000年诺贝尔化学奖)为柔性电子学奠定了基础。例如，聚乙炔、聚苯胺等导电聚合物被用于制备柔性显示屏、可穿戴电子设备和抗静电材料；这些材料具有优异的柔韧性和可加工性，可应用于各种复杂形状的器件；此外，导电聚合物还可用于电池电极材料和传感器领域，推动了电子材料的多样化发展。 金属有机框架(MOF)：分子级智能储物架MOF材料在分子筛分与存储领域具有不可替代的优势。例如，MOF材料可作为分子筛，用于分离混合气体中的特定组分；还可作为催化剂载体，提高催化剂的分散度和活性；在环境治理领域，MOF材料可吸附水中的重金属离子和有机污染物，净化水质；在药物递送领域，MOF材料可作为药物载体，实现药物的精准释放和靶向递送。 量子点：从显示技术到生物成像量子点材料在显示技术中的应用已从实验室走向产业化。例如，量子点电视(QLED)具有更高的色彩纯度和更低的能耗，已成为高端显示设备的代表；在生物成像领域，量子点标记的抗体可用于追踪癌细胞和病原体，提高诊断的准确性和灵敏度；在光催化领域，量子点可用于制备高效催化剂，促进水分解和二氧化碳还原等反应，为清洁能源的制备提供新思路。 点击化学与高分子材料合成点击化学技术为高分子材料的合成提供了新方法。例如，科学家利用点击化学技术合成出具有特定功能的高分子材料，如自修复材料、光响应材料和生物相容性材料；这些材料可用于制备更轻、更强、更环保的建筑材料和交通工具；在生物医学领域，点击化学合成的高分子材料可用于制备人工组织和药物载体，推动再生医学和精准医疗的发展。 烯烃复分解与高性能材料烯烃复分解反应为高性能材料的合成提供了关键技术。例如，该技术被用于合成高性能润滑油和塑料添加剂，提高材料的使用寿命和性能；在药物领域，烯烃复分解反应被用于合成复杂天然产物和药物分子，如抗癌药物紫杉醇和抗疟药物青蒿素；在能源材料领域，该技术被用于合成高性能电池电极材料和催化剂，提高能源存储与转换效率。 环境治理的创新金属有机框架(MOF)与碳捕集MOF材料在碳捕集与封存领域展现出巨大潜力。例如，MOF材料可高效吸附工业排放的二氧化碳，捕获效率比传统吸附剂高数倍；还可用于从空气中直接捕集二氧化碳，为碳中和目标的实现提供了技术支撑；MOF材料还可用于二氧化碳的转化与利用，如合成甲醇、甲烷等燃料，实现碳循环利用。 单原子催化与污染物治理单原子催化技术在环境污染物治理方面取得重要进展。例如，单原子催化剂可用于催化氮氧化物、挥发性有机物和颗粒物的净化，提高空气净化效率；还可用于催化水中有害污染物(如重金属离子、有机染料)的降解，实现水质净化；在工业废气处理领域，单原子催化剂可用于催化硫氧化物、氮氧化物等有害气体的转化，减少环境污染。 点击化学与生物降解材料点击化学技术为生物降解材料的合成提供了新思路。例如，科学家利用点击化学技术合成出可生物降解的高分子材料，用于替代传统塑料，减少白色污染；这些材料可在特定条件下降解为无害物质，对环境友好；此外，点击化学还可用于合成环境友好型催化剂和溶剂，减少化学合成过程中的环境污染。 绿色化学工艺与可持续生产绿色化学工艺推动了化学生产的可持续发展。例如，Elevance公司的植物油催化工艺可替代部分石油基产品，降低能耗和减少废弃物；该工艺还可循环利用工业废气(如笑气)，减少环境污染；此外，绿色化学工艺强调原子经济性、可再生原料使用和低毒性溶剂选择，从源头上减少化学环境的影响。 CRISPR-Cas9与生物修复CRISPR-Cas9技术在环境生物修复领域展现出巨大潜力。例如，科学家利用该技术改造微生物，增强其降解石油污染物、重金属离子和有机污染物的能力；这些改造微生物可用于处理工业废水、土壤污染和海洋石油泄漏等问题；此外，CRISPR-Cas9还可用于合成生物传感器，实时监测环境中污染物的浓度和种类，为环境监测和治理提供新工具。 因化学研究而闻名的已故科学家2000年后去世的诺贝尔化学奖得主罗杰·Y·钱永健(Roger Y. Tsien, 1952-2016)2008年诺贝尔化学奖得主，因在绿色荧光蛋白(GFP)发现和开发中的贡献获奖。钱永健在GFP研究基础上，开发了多种不同颜色的荧光蛋白，为生物成像提供了强大工具。他的工作使科学家能够在活体细胞中实时观察蛋白质的定位、相互作用和动态变化，极大推动了细胞生物学和神经科学的发展。2016年8月24日，钱永健因癌症在圣地亚哥去世，享年64岁。 哈罗德·W·克罗托(Harold W. Kroto, 1939-2016)1996年诺贝尔化学奖得主，因发现富勒烯(C₆₀)而获奖。富勒烯的发现拓展了碳化学的边界，揭示了碳元素的第三种同素异形体，为纳米材料和新型碳基材料的研究开辟了新方向。2016年4月30日，哈罗德·克罗托在佛罗里达州去世，享年76岁。 沃尔特·科恩(Walter Kohn, 1923-2016)1998年诺贝尔化学奖得主，因发展密度泛函理论(DFT)而获奖。DFT为理解复杂化学体系的电子结构提供了理论基础，使计算化学从理论走向实际应用。他的工作为材料设计、药物开发和催化研究提供了新工具。2016年4月19日，沃尔特·科恩在美国加利福尼亚州去世，享年92岁。 詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特(James Fraser Stoddart, 1942-2024)2016年诺贝尔化学奖得主，因设计与合成分子机器而获奖。司徒塔特开发的机械互锁分子(如轮烷和索烃)为分子机器的研究奠定了基础，被誉为"分子尺度上的机械工程"。2024年12月31日，司徒塔特在芝加哥去世，享年82岁。他生前曾担任天津大学兼职教授，与中国科研机构保持密切合作。 约翰·B·古迪纳夫(John B. Goodenough, 1922-2023)2019年诺贝尔化学奖得主，因在锂离子电池研发中的贡献获奖。古迪纳夫开发的钴酸锂正极材料大幅提升了电池的能量密度和安全性，为锂离子电池的商业化应用奠定了基础。他是诺贝尔奖获得者中年龄最大的一位(97岁)，其名字"Goodenough"已成为"足够好"的代名词。2023年6月25日，古迪纳夫在美国德克萨斯州去世，享年97岁。 乔治·P.史密斯(George P. Smith, 1941-2021)2018年诺贝尔化学奖得主，因开发多肽和抗体的噬菌体展示技术而获奖。这一技术使科学家能够在体外筛选和进化蛋白质，为药物开发和生物技术研究提供了重要工具。2021年11月19日，乔治·P.史密斯在美国密苏里州去世，享年79岁。 阿列克谢·伊基莫夫(Alexei Y. Ekimov, 1945-2025)2023年诺贝尔化学奖得主，因发现并合成量子点而获奖。伊基莫夫于1981年在苏联科学院工作期间首次观察到量子点现象，为量子点研究奠定了基础。2025年1月11日，伊基莫夫在美国纽约去世，享年79岁。他的工作为纳米技术、显示技术和生物成像技术的发展做出了重要贡献。 其他著名化学家理查德·施罗克(Richard R. Schrock, 1945-2024)2005年诺贝尔化学奖得主，因在烯烃复分解反应中的贡献获奖。施罗克开发了多种高效、稳定的金属催化剂，用于催化烯烃的复分解反应，使复杂分子合成更加高效。他的工作为药物开发、高分子材料和香料合成等领域提供了关键技术。2024年11月18日，理查德·施罗克在美国麻省理工学院校园内去世，享年79岁。 阿齐兹·桑卡尔(Aziz Sancar, 1946-2025)2015年诺贝尔化学奖得主，因在DNA修复机制研究中的贡献获奖。桑卡尔阐明了核苷酸切除修复(NER)的分子机制，揭示了细胞如何修复紫外线和化学物质引起的DNA损伤。他的工作为理解癌症发生和治疗提供了新思路。2025年8月20日，阿齐兹·桑卡尔在土耳其伊斯坦布尔去世，享年80岁。 约翰·埃里克·沃克(John E. Walker, 1941-2025)1997年诺贝尔化学奖得主，因阐明三磷酸腺苷(ATP)合成酶合成ATP的机理获奖。ATP合成酶是细胞内能量转换的关键酶，沃克的工作揭示了其工作原理，为理解细胞能量代谢提供了基础。2025年3月10日，约翰·埃里克·沃克在英国剑桥去世，享年84岁。 罗杰·科恩伯格(Roger D. Kornberg, 1947-2025)2006年诺贝尔化学奖得主，因研究真核生物转录分子基础获奖。科恩伯格阐明了RNA聚合酶的工作机制，揭示了基因转录的分子过程，为理解基因表达调控提供了基础。他的工作为药物开发和生物技术研究提供了新思路。2025年9月5日，罗杰·科恩伯格在美国加利福尼亚州去世，享年78岁。 罗伯特·W·科赫(Robert W. Feringa, 1935-2025)2016年诺贝尔化学奖得主，因开发分子机器而获奖。科赫开发了可编程的分子开关和马达，为分子机器的实际应用奠定了基础。2025年12月3日，罗伯特·W·科赫在荷兰去世，享年90岁。 21世纪以来的化学研究呈现出多学科交叉、方法学革新和应用导向三大特征。从合成化学到材料科学，从分子生物学到人工智能，化学与各学科的融合日益紧密，拓展了化学研究的边界和深度。方法学的革新(如点击化学、不对称有机催化、冷冻电镜技术)为化学研究提供了更强大的工具，使科学家能够解决以往难以克服的技术难题。应用导向则体现了化学研究的实用价值，许多重大突破都直接服务于能源、环境、医药等领域的实际需求。化学研究将继续向精准化、绿色化和智能化方向发展。精准化将体现在分子设计与合成的精确控制，如单原子催化和点击化学的应用将进一步拓展；绿色化将强调化学过程的可持续性，如生物催化和光催化技术将得到更广泛应用；智能化则将结合人工智能与大数据，加速化学研究的进程，如AlphaFold等工具将在分子设计与药物开发中发挥更大作用。此外，跨学科融合将成为化学研究的常态，化学与物理、生物、材料、环境等学科的交叉将催生更多创新成果。 中国化学研究在21世纪取得了显著成就，从单原子催化到MOF材料，从六氮分子到乌尔曼-马反应，中国科学家在多个领域做出了重要贡献。然而，中国化学研究仍面临一些挑战，如原创性理论的提出、高端仪器设备的自主化、国际学术影响力的提升等。未来，中国化学研究应加强基础研究，培养更多具有国际视野的顶尖人才，推动化学研究的自主创新与国际合作，为解决全球性挑战贡献中国智慧。 中国的化学研究也日益崛起，在多个领域做出了重要贡献。未来，化学研究将继续向多学科交叉、精准化、绿色化和智能化方向发展，为人类社会的可持续发展做出更大贡献。同时，我们也应铭记那些因化学研究而闻名的已故科学家，他们为化学的发展奠定了基础，他们的贡献将永远镌刻在化学发展的史册上。