酰胺的构建和转化绝对是有机化学中最频繁的化学反应,没有之一。酰胺键也是有机合成中最长遇到的官能团。蛋白质肽键、药物分子、高分子材料、天然产物里面到处都是。同理,化学家做合成,最擅长的也是构建酰胺键:
但反过来:把酰胺变成酮,这件事在传统有机合成中并不好做。
长久以来,酰胺制备酮有两条主流路线:
Weinreb‑Nahm 合成:把普通酰胺做成,再和有机金属试剂(Li或Mg)加成。依靠螯合稳定四面体中间体,后处理水解释放酮,避免过度加成生成叔醇。
扭曲酰胺金属催化交叉偶联:通过扭曲酰胺的酰胺键,弱化 C‑N 键,过渡金属氧化加成,和芳基硼酸、有机锌等发生交叉偶联得到酮。
二者具有相似底层限制:均依赖外加外源亲核 / 偶联组分引入酮的一侧碳片段,无法直接利用酰胺自身完整碳骨架经分子内转化得到酮。
所以能不能不加这些“外源实际”,直接把胺基部分删除得到酮呢?
近期,斯坦福大学 Noah Z. Burns 团队给我们带来了答案,研究人员通过先将仲酰胺经 N‑氨基化得到 1,1‑酰肼,再用 PIDA 氧化引发脱氮气的自由基裂解‑笼内重组,通过分子内直接删除氮原子,实现酰胺骨架向酮的转化。还支持空气环境下水促进的一锅与克级反应。
J. Am. Chem. Soc. 2026, DOI:10.1021/jacs.6c15781
整个转化分为两大阶段:
首先:酰胺 N‑氨基化,得到 1,1‑酰肼:二级酰胺在强碱(NaH 等)拔氢,使用氨基转移试剂 ODPPH(O‑二苯基膦酰羟胺)或者一氯胺,直接在酰胺 N 上面接上‑NH₂,得到1,1‑酰肼(稳定性高),产率最高可达 95%。
然后引入高价碘氧化剂 PIDA 氧化,释放氮气,得到酮:酰肼用PIDA(二乙酸碘苯,1.5 当量),在 DMF/H₂O(9:1)、敞口空气环境,室温仅仅 15 分钟完成反应,冒出大量气泡(释放 N₂),得到目标酮产物。
关键是这两两步反应还支持一锅法:酰胺做完 N‑氨基化,不需要分离酰肼中间体,刻意直接加水和 PIDA,一锅得到酮;同时可以做到克级规模放大,产率不会明显下滑。
在底物兼容上,酰基片段兼容性广:芳基、烷基、环己基、新戊酰基、肉桂基、杂环(呋喃、噻吩)都可以;富电子、缺电子芳环、卤代、氰基、酯基、硅醚都耐受。 关键限制来自酰胺 N 上的取代基 R’:当 R’是苄基、取代芳乙基、烯丙基、环丙基等可以稳定自由基的基团时,反应可以顺利发生,分离产率普遍 40‑77%;如果没有这些自由基稳定基团,虽然底物会完全消耗,但拿不到酮,只会发生重排生成 1,2‑二氮烯副产物。
机理研究通过计算键解离能 BDE发现:只有 R’‑C‑N 键解离能比较低,容易发生均裂产生自由基对,才能进行后续重组;如果 C‑N 键太强,就走向重排副反应。 这是该反应的核心门槛。
机理验证层面,研究人员还做了自由基捕获实验、交叉实验、手性底物立体化学实验。
B: 加入 TEMPO、Galvinoxyl 等自由基捕获剂,产率明显下降,能检测到自由基加合物;
C: 交叉实验:混合两种不同底物,只得到各自对应的酮,没有交叉产物,证明自由基没有扩散到溶剂远距离自由运动,以笼内重组为主;
D:手性富集底物反应,有中等手性保持(73% 手性专一性),但不完全保留立体,也印证自由基机理;
E:对照实验:1,2‑酰肼底物,在完全相同条件,完全不生成酮,只会得到 1,2‑二氮烯,证明必须是1,1‑酰肼这种骨架才是反应的关键前体。
历史溯源:作者开篇不久就有说到,该工作的灵感来自 Miller 在上世纪 80 年代的报道,环状酰肼氧化,光/热分解得到环酮,伴随环丙烷、烯烃副产物;
Burns 团队做的就是把这个历史反应拓展到链状底物,开发实用合成方案(遇到过太多这种例子了,深挖这种事个人观感是挺好的,老文献其实很有价值,但因为当初受限于条件,很多反应都没有认真去开发)。
公众号观点:很多人第一眼:“产率中等,有底物限制,就会觉得这种文献报道有什么意义呢?凭啥发JACS?”
但实际上合成化学的创新,不只是追求 90%+ 产率,更看重提供新的断键、成键逻辑。C‑H 修饰是 “在分子表面做装饰”;而骨架编辑是直接修改碳氮等原子骨架,切掉 / 插入原子,改造分子底层碳架,这是当下合成化学非常热门的方向。
参考文献:Amy J. Su et al. A Convenient Conversion of Amides to Ketones. J. Am. Chem. Soc. 2026, DOI:10.1021/jacs.6c15781(感兴趣可以再看看SI,信息更详细)
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