2026.07.29
化學反應系列
景明 ECHO｜有機合成中，如何只增加一個碳原子？C1 Building Block 合成策略整理！
景明 ECHO｜有機合成中，如何只增加一個碳原子？C1 Building Block 合成策略整理！
在有機合成與藥物研發中，「只增加一個碳原子（One-Carbon Homologation）」 是極為常見且重要的設計策略。無論是先導化合物（Lead Compound）最佳化、天然物全合成、API 製程開發，或功能材料設計，都經常需要將原有分子精準延長一個碳鏈，藉此改變官能基位置、提升反應活性，或調整最終化合物的物化特性。
一、常見 C1 增碳策略
- ■ CO₂ 羧化（Carboxylation）：利用有機金屬試劑與 CO₂ 反應，引入羧酸官能基，是製備芳香酸的重要方法。
- ■ CO 插羰反應（Carbonylation）：搭配鈀催化進行插羰反應，可快速建構醛、酯及醯胺等含羰基結構，廣泛應用於藥物與精細化學品合成。
- ■ 芳環甲醯化（Formylation）：包括 Vilsmeier–Haack、Reimer–Tiemann 等經典反應，可直接在芳香環導入醛基，作為後續偶聯的重要中間體。
- ■ 氰化反應（Cyanation）：引入氰基後，可再進一步轉換為羧酸、伯胺或其他含氮官能基，是有機合成的重要轉換策略。
- ■ Henry Reaction（硝基醇反應）：利用硝基甲烷增加一個碳單元，再經還原可獲得 β-氨基醇等重要骨架。
- ■ 甲醛／多聚甲醛增碳：透過親核加成形成羥甲基，是合成伯醇與延長碳鏈的經典方法。
- ■ DMF-DMA、HC(OEt)₃ 等 C1 試劑：常作為建構含氮雜環與活化中間體的重要試劑，在藥物化學中十分常見。
- ■ Arndt–Eistert Homologation：利用 Wolff Rearrangement 將羧酸精準延長一個亞甲基（–CH₂–），是經典的同系化反應之一。
二、為什麼增加一個碳原子如此重要？
■ 核心應用領域
- ✓ Lead Optimization（先導化合物最佳化）
- ✓ API 合成路徑設計
- ✓ 天然物全合成
- ✓ 雜環化合物建構
- ✓ CDMO 製程放大
- ✓ 新材料與功能分子開發
一個碳原子的改變，看似微小，卻可能影響分子的活性、選擇性、溶解度、代謝穩定性與製程可行性，也是有機合成中最值得深入理解的基礎策略之一。
三、常見 C1（One-Carbon）Building Block 相關試劑與催化劑
■ Carboxylation, Carbonylation & Formylation 試劑
-
二氧化碳 Carbon Dioxide (CO₂)CAS No.：124-38-9
-
一氧化碳 Carbon Monoxide (CO)CAS No.：630-08-0
-
N,N-二甲基甲醯胺 N,N-Dimethylformamide (DMF)CAS No.：68-12-2
-
三氯氧磷 Phosphorus Oxychloride (POCl₃)CAS No.：10025-87-3
-
正丁基鋰 n-Butyllithium (n-BuLi)CAS No.：109-72-8
-
異丙基溴化鎂 Isopropylmagnesium Bromide (i-PrMgBr)CAS No.：920-39-8
■ Cyanation 氰化反應相關，可作為後續合成羧酸、伯胺及醯胺的重要中間體。
-
氰化鈉 Sodium CyanideCAS No.：143-33-9
-
氰化鋅 Zinc CyanideCAS No.：557-21-1
■ Homologation 同系化試劑
-
甲醛水溶液 FormaldehydeCAS No.：50-00-0
-
多聚甲醛 ParaformaldehydeCAS No.：30525-89-4
-
硝基甲烷 NitromethaneCAS No.：75-52-5
-
碳酸二甲酯 Dimethyl CarbonateCAS No.：616-38-6
-
甲酸甲酯 Methyl FormateCAS No.：107-31-3
-
原甲酸三甲酯 Trimethyl OrthoformateCAS No.：149-73-5
-
N,N-二甲基甲醯胺二甲基縮醛 N,N-Dimethylformamide Dimethyl Acetal (DMF-DMA)CAS No.：4637-24-5
■ Arndt–Eistert Reaction 關鍵試劑
-
亞醯氯 / 二氯亞亞硫醯 Thionyl ChlorideCAS No.：7719-09-7
-
重氮甲烷 Diazomethane (CH₂N₂)CAS No.：334-88-3
註：常用於 Arndt–Eistert Homologation（Wolff Rearrangement），將羧酸精準延長一個碳原子。Diazomethane 毒性高、具爆炸風險，通常採現場生成並於嚴格安全條件下操作。
■ 常見催化劑與配體 (Catalysts & Ligands)
-
四(三苯基膦)鈀 Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)CAS No.：14221-01-3
-
醋酸鈀 Palladium(II) AcetateCAS No.：3375-31-3
-
1,1'-雙(二苯基膦)二茂鐵 1,1’-Bis(diphenylphosphino)ferrocene (dppf)CAS No.：12150-46-8
-
三苯基膦 Triphenylphosphine (PPh₃)CAS No.：603-35-0
💡 景明小知識：有機合成中增加一個碳原子（C1 Building Block）並非只是延長碳鏈，更是藥物化學、天然物全合成、CDMO 製程開發與功能材料設計中最重要的分子優化策略之一。從 Carboxylation、Carbonylation、Formylation、Cyanation、Henry Reaction 到 Arndt–Eistert Homologation，不同反應可依目標官能基與合成路徑靈活選擇，為後續偶聯、官能基轉換與製程放大奠定基礎。
若您正在進行有機合成、製程開發、藥物研發或材料研究，景明化工可協助提供各類研究級化學試劑、催化劑、溶劑及實驗室整體解決方案，陪伴研發團隊加速每一步創新。
景明化工持續關注國際有機合成與藥物研發趨勢，提供優質化學試劑與客製化採購服務，協助團隊加速研發突破。
景明化工 ECHO Chemical
