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药物发现中引入甲基 常能显著改变药物效价、溶解度与生物利用度等指标,被称为 “魔法甲基”效应。因此,能在复杂分子后期直接引入甲基,且温和、广谱、可程序化的方法很有价值。

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传统极性甲基化试剂各有痛点:Me₄Sn 有毒;MeMgX/MeZn 官能团耐受性较低;MeB(OH)₂ 需要外加碱且作为亲核试剂活性不足;DABAL-Me₃ 可用但具自燃性、规模化与标记类似物制备受限。

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近期, Enamine化学家与Joel Smith团队联合研发了一种预活化的二烷基硼酸酯锂盐Suzuki甲基化试剂。该试剂与芳基溴化物和三氟甲磺酸酯进行Suzuki甲基化反应中表现出高反应性与高选择性,该反应无需额外加碱, 条件多为室温,能兼容碱敏感、官能团密集的天然产物与药物骨架,并在若干此前 MeB(OH)₂ 或 Ni/光氧化还原方法收率很低的底物上显著提升收率。【 doi.org/10.26434/chemrxiv.15001572/v1 】

SuzukiMe试剂的制备

受 Falck 与 Morken 关于烷基硼酸锂盐的前期工作启发,作者认为“ate”型二烷基硼酸酯锂盐相比中性硼酸/硼酸酯亲核性更强,且不可逆活化态更有利于快速转金属化。

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制备路线:MeBpin在THF中于 −78 °C滴加n-BuLi ,升温 至室温,除去溶剂后以定量收率得到锂盐 7。该盐被命名为SuzukiMe,为白色可自由流动固体,空气中稳定、轻度吸湿;约 0 °C 可存放数月而活性未见下降;可百克级(hectogram)制备;并已由 Enamine 商品化。

条件优化

以 溴代苯甲酰胺 8a(X=Br)和对应三氟甲磺酸酯 9a(X=OTf) 为 模型底物 ,对反应条件进行优化。

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溴代底物反应条件:8a(Br)+ 7(3 equiv)+ Pd[P(t-Bu)₃]₂(10 mol%),PhMe,室温 2.5 h:转化 100%,分离收率 88%。

溶剂筛选:THF 替代 PhMe,转化 95%,收率 85%。DMF 替代 PhMe:转化 100%,收率 94;说明底物在甲苯中溶解性差时可换 THF/DMF。

底物特异性:9a(OTf)在最优溴化物条件下不反应:转化 0,n.d.;暗示可实现溴/三氟甲磺酸酯化学选择性。

试剂当量:7 减至 2 equiv:转化 88%,收率 81;3 equiv 更佳。用未活化 MeBpin 替代 7:转化 <5%,收率 <5;证明“预活化硼酸盐”是关键。

三氟甲磺酸酯反应条件:三氟甲磺酸酯 9a改用 Pd(OAc)₂ 20 mol% + SPhos 30 mol%,PhMe 室温 2.5 h:转化 100%,收率 81。溴化物与三氟甲磺酸酯需要不同催化体系。

芳基溴化物最优条件:底物 0.1–0.3 mmol,Pd[P(t-Bu)₃]₂ 10 mol%,7 3 equiv,PhMe,室温 2.5 h。

芳基三氟甲磺酸酯最优条件:Pd(OAc)₂ 20 mol%,SPhos 30 mol%,PhMe,室温 2.5 h。

底物范围

芳基溴化物:普通芳环与药物/天然产物后期甲基化 显示,富电子、缺电子、碱敏感和杂环底物总体表现很好。

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苯环底物:苯甲酰胺吗啉酰胺 10a,88%。硝基/甲氧基取代底物 10b,>99%;10c 含甲酯与 OTf,92%;10d,>99%;二苯甲酮型 10e,88。作者强调在 Pd[P(t-Bu)₃]₂ 下对 8c–e 完全选择性偶联 C–Br,而 OTf 不反应,且无论电子贫富均化学选择性良好;称其为首次在芳基三氟甲磺酸酯存在下实现 Br-选择性 B-烷基Suzuki 偶联。

杂环类底物:噁唑烷酮 10f,94%;文中明确对比文献用 MeB(OH)₂/Pd 仅 8%。Noël 组 Ni/光氧化还原可制 indoline 10g,收率 40%;本文 SuzukiMe 得 98%,接近定量。吲哚 10h(7-位 Br),94%;5-位 Br 吲哚 10i,84%。吡啶二甲基化产物 10j,48%,优于 MeB(OH)₂ 文献 22%。喹啉 10k,78%,优于 [Ni, PET] 26%;azaindole 10l:87%,远优于 MeB(OH)₂ 文献 11%;7-azaindole 10m,71%(反应在 60 °C);异喹啉 10n,89%;6-溴喹喔啉 10o,87%,优于 [Ni, PET] 33%。

后期药物/天然产物:phenaqualone 骨架 10p >99%,优于 MeB(OH)₂ 文献 42%;dimethylpodocarpate 萜类 10q 98%(60 °C);loratadine 衍生物 10r >99%;氨基喹唑啉药物骨架 10s 92%,优于 MeB(OH)₂ 文献 22%;10-甲基士的宁 10t 84%(60 °C);立题底物 2-溴甲基麦角酸酯 4 到 2-甲基产物 5:76%。

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芳基三氟甲磺酸酯范围: 因催化体系改为 Pd(OAc)₂/SPhos,多个复杂分子可在无外加烷氧碱条件下偶联,这一点对保留 Ar–Bpin 等硼酸酯官能团尤其重要。简单芳基三氟甲磺酸酯 9a:81%;9u:55%。雌酮三氟甲磺酸酯 9v: 80%(60 °C)。D8-THC 三氟甲磺酸酯 9w: 84%(60 °C);奎宁三氟甲磺酸酯 9z:10z 61%。

同位素标记:作者改用 D₃C–B(stil) 类型硼酸酯前体,再经 n-BuLi 活化生成相应标记硼酸酯盐;D8-THC 衍生物可得 CD₃ 类似物 10x,97%,¹³CH₃ 类似物 10y,86%。

高通量“稳健性”筛查

对>70 个额外(拟)卤化物底物 实施高通量实验 ,评估“即插即用”的药物化学实用性:底物先在室温用 7 3 equiv、Pd[P(t-Bu)₃]₂ 5 mol%、DMF 0.15 M 反应 23 h;若 LC-MS 测得转化 <90%,再升至 50 °C。为真实评价既定条件,不再做配体/催化剂优化;DMF 用于保证溶解度。总览数据:>70 个底物,平均收率 57%(GC-MS/LC-MS 内标)。

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反应机理

作者强调两点:其一,7 是“ 预活化的二烷基硼酸酯锂盐 ”,亲核性强于中性硼酸/酯,且 ate 络合物不可逆活化可促进转金属化。其二,反应不要求外源碱,所以对会在经典 Suzuki 烷基化中碱不稳定的底物更耐受;这一温和性来自硼酸根内源亲核性,而非外加强碱。

作者开发了一种新型 二烷基硼酸酯锂盐 试剂用于对(杂)芳基溴化物和三氟甲磺酸酯进行温和且高效的甲基化反应。大多数反应在室温下数小时内完成;反应的温和性使得复杂药物骨架和天然产物的甲基化成为可能。重要的是,SuzukiMe 硼酸根的内源亲核性使偶联能够在没有碱的情况下进行,从而使这些 Pd 催化烷基化反应能够在多种碱敏感官能团存在下进行。

参考资料:SuzukiMe: A Tactically Mild Methylation Reagent;Ryan C. Harbit, Luiz Paulo Melchior de Oliveira Leão, Serhii V. Korobko, Svitlana O. Sotnik, Dmytro M. Volochnyuk Serhiy V. Ryabukhin, Joel M. Smith; doi.org/10.26434/chemrxiv.15001572/v1