对于合成试剂，不论是其市场容量，还是其历史发展，产业界更关心的是如何选择合适的合成试剂。那么当前合成试剂主要有哪些产品，它们又有什么优缺点呢？
(一) 合成试剂的分类与主流产品
1 缩合剂的分类与主流产品
合成试剂根据其分子结构可以大体分为碳二亚胺型、磷正离子型、脲正离子型、亚胺正离子型、有机磷缩合剂和其他类的缩合剂。其中碳二亚胺型、脲正离子和磷正离子型是主流的三大类缩合剂，碳二亚胺型是发展最早最常用的多肽缩合剂，脲正离子和磷正离子型缩合剂性能最佳，应用广泛。
1.1 碳二亚胺型缩合剂
以DCC、DIC、EDC为代表的碳二亚胺型缩合剂是发展最早最常用的肽缩合剂，具有反应条件温和、产率高、选择性好等优点。N,N'-二环己基碳二亚胺(DCC)是1955年开发出来的第一个碳二亚胺型缩合剂，由于其成本低，适合大规模制备，发展至今，依然是常用的缩合剂之一，但DCC易致敏，且其在反应后生成的DCU几乎在所有溶剂中都是微溶，这为产物的后处理带来麻烦。为了解决这个问题，人们在DCC的结构上进行改进设计出了DIC和EDC，它们的脲副产物可以溶于CH2Cl2，因此比DCC更适用于多肽的固相合成。DIC由于其产生的二异丙基脲在有一般的有机溶剂中溶解度较好，在组合化学的固相合成中用的较多。EDC反应后生成的脲是水溶性的，很容易被洗掉，一般EDC与HOBt合用，在药物化学中用的最多。
由于碳二亚胺缩合剂单独使用缩合效率不高，在用于Boc-氨基酸、Fmoc-氨基酸等保护的氨基酸的酰胺键化合物时会遇到问题：如活化的羧基容易发生消旋化，导致产生异构体；活性中间体发生异构从而发生副反应，影响反应产率。故碳二亚胺类化合物使用时需要使用添加剂，以形成更稳定的活性中间体，减少消旋化作用和提高产率。
添加剂的发现拓展了碳二亚胺缩合剂发展。这些添加剂不仅提高了缩合效率，还可以发挥消旋抑制作用，同时也可有效地抑制N-酰基脲等副产物的生成，极大拓展了碳二亚胺类缩合剂的应用范围。
HOOBt虽然与HOBt相比可更有效地抑制消旋，但会产生叠氮化副产物，因此限制了其应用。HOBt不适合有空间阻位的多肽合成，而近几年发展的HOAt添加剂可以改善这一不足，特别适用于有空间位阻的多肽的合成，除此之外还可以有效地抑制消旋，大大提高了反应速度，但这一试剂价格较贵，不适于多肽的大规模制备。
虽然HOBt、HOAt有很好的效果，但由于HOBt、HOAt及其衍生物这类化合物容易爆炸、不方便运输和储存、慎用于工业生产，且部分衍生物的副产物有强致癌性和呼吸毒性。这些缺点都在驱使人们寻找新型的更安全、更稳定的催化剂。
新型缩合试剂Oxyma及其衍生物不仅解决了HOAt、HOBt有爆炸风险和危险副产物的问题，且在大多数溶剂中均有较好的溶解性和稳定性，合成方法简单，也是廉价易得的化合物，作为碳二亚胺缩合剂的添加剂，Oxyma及其衍生物催化效果与HOBt类效果相当，但是在抑制消旋化方面普遍比HOBt及其衍生物效果好。
表1. 碳二亚胺型缩合剂的发展及其优劣势
1.2 磷正离子型缩合剂
以磷正离子和脲正离子为代表的离子型缩合剂的发现使得非天然氨基酸及有空间位阻的氨基酸得以顺利地用于多肽合成，它们活性更高，是缩合剂发展中的重要里程碑。磷正离子缩合剂由于不与氨基反应，不会终止肽链，这方面相较于铵盐和脲盐具有巨大优势。
磷正离子型缩合剂采用酰基磷正离子CloP作为活泼中间体用于形成酰胺键是于1969年提出的，但由于其性能较差，产物消旋较大，操作较复杂，未被广泛使用。
随着消旋抑制剂的出现，1975年设计并合成出一个基于HOBt的磷正离子型缩合剂BOP（CloP－HOBt），这类缩合剂才得到人们的重视。BOP是一种很容易大量制备的不含结晶水的化合物，不仅使用简便，而且能显著提高缩合反应速度，因此被广泛应用于多肽的固相法和液相法合成中，但其生成的副产物六甲基磷酰胺具致癌毒性，不适于大规模生产应用，在BOP的启发下，后来又开发了副产物毒性低，反应活性相对更高的缩合剂PyBOP。
虽然基于HOBt的磷正离子型缩合剂在普通氨基酸的合成中表现出优异的性能，但在有空间位阻的氨基酸合成中却不令人满意，常有反应速度慢，易消旋，易发生形成二酮哌嗪等副反应。后来发展出的基于HOAt的磷正离子型缩合剂如AOP、PyAOP和卤代的磷正离子型缩合剂如BOP-Cl、PyCloP、PyBrop等改善了这个情况，可高效地促进有空间位阻的酰胺键的形成。
对于有空间位阻氨基酸的合成方法还有很大的改善空间，目前现有的方法并不完美；而卤代的磷正离子型缩合剂在进行片段缩合时，产物伴有较大程度的消旋，并且对于羧基组份为叔丁氧羰基保护的氨基酸的缩合反应产物的收率很低。开发新的可以合成更长肽链的以及适用位阻更大氨基酸合成的缩合试剂依旧是未来前进的方向。
Oxyma磷鎓盐缩合剂PyOxP和PyOxB，有合成快速、方便简单等特点，是从 Oxyma以一锅法成功合成的。与基于苯并三唑的试剂相比，这两种缩合试剂在各种肽模型中均表现出更高的抑制外消旋化的能力，并在DMF和DCM中具有更高的溶解度。
表2. 磷正离子型缩合剂的发展及其优劣势
1.3 脲正离子型缩合剂
在对各种离子型缩合剂进行研究时发现，脲正离子型缩合剂通常比磷正离子型缩合剂稳定，而磷正离子型缩合剂在有碱存在的情况下才比较稳定。
1978年，Dourtoglou将基于HOBt衍生的脲正离子HBTU用于多肽合成中，它经济实用，性价比高，应用广泛，可以用于大多数缩合反应，但其较低的收率限制了其用于大量生产。HBTU既包含HOBt的结构又包含脲正离子结构，之后人们设计了一系列HBTU类似物，并对HBTU进行结构修饰后，获得了不同结构相似且具有良好缩合活性的缩合剂，并对其反应活性进行了深入的研究。
图1. HBTU及其类似物
和磷正离子缩合剂一样，基于HOBt的脲正离子缩合剂不适用于有空间位阻的氨基酸合成，因此人们改变脲正离子缩合剂中衍生自HOBt的结构，得到HATU、TATU和TOTU；改变脲正离子结构，得到HBPyU；然后同时改变这两个结构，得到了PyClU、TPyClU、HAPyU、HPyOPfp、HAPipU和TAPipU。这些试剂的结构差异主要在于取代基的不同，也造就了不同的特点。
图2. 基于HOBt衍生的脲正离子型缩合剂
对于有空间阻位的氨基酸卤代脲正离子型缩合剂和基于HOAt的脲正离子型缩合剂表现出了较好的效果：
• 卤代脲正离子型缩合剂适合在有空间位阻的多肽合成，并已被成功地用于含有N-甲基氨基酸和C，C -二烷基化氨基酸的多肽的合成。缺点是这类试剂与卤代磷正离子型缩合剂一样在片段缩合过程中产物的消旋较大，限制了其使用。
• 基于HOAt的脲正离子型缩合剂如HATU是活性最高的脲正离子缩合剂，也可有效地促进有空间位阻的酰胺键的形成，以HOAt衍生的缩合剂比以HOBt衍生的缩合剂具有更好的缩合效率。
但基于HOAt的脲正离子型缩合剂还会与氨基组份反应生成相应的胍衍生物，这一副反应在片段缩合和环肽的合成中是不容忽视的。除此之外，由于HOAt的价格昂贵很少用于工业化生产，经常是在其它缩合剂效果不好时才用到它。且HOBt和HOAt均属于易燃易爆炸的危险品，处理和运输都较为麻烦，因此寻找更好的缩合剂也是脲正离子缩合剂同样需要面对的问题。
衍生自Oxyma-B 的脲鎓盐类缩合剂TOMBU和COMBU，能较好的溶解于DMF中(TOMBU 0.28mol/L，COMBU 0.71mol/L) ，且能在密闭的装有DMF 的瓶中稳定存在1h。在催化Z-Phg-OH 和L-Pro-NH2合成Z-Phg-Pro-NH2时，TOMBU的产率为99%，COMBU 的产率为93%，二者的消旋化程度均为1%，表现出了优异的缩合效果。
表3. 脲正离子型缩合剂的发展及其优劣势
1.4 碳二亚胺、磷正离子及脲正离子缩合剂的比较和选择
缩合剂的选择是合成酰胺键的重要部分。在阿片肽的合成方案实验中，分别以DCC/HOBt 和TBTU/HOBt/DIEA 为缩合剂，50% Pip/DCM 为脱保护试剂，进行逐步缩合，结果表明TBTU/HOBt/DIEA作为缩合体系比DCC/HOBt 作为缩合体系时，速度更快，反应条件温和，操作简便，更易于实现自动化。
在缩合剂发展史中，离子型缩合剂的发现是一项重大突破。综合比较碳二亚胺、磷正离子、脲正离子等三大类型的缩合试剂，虽然碳二亚胺缩合剂发现最早，价格也较低，但在产率消旋等方面，离子型缩合剂更有优势。尤其在片段缩合中，消旋程度明显降低，以磷正离子和脲正离子型缩合试剂的性能最佳，无论是产物收率、反应活性，还是光学纯度，基于HOAt的脲类试剂和磷盐试剂比相应的HOBt缩合剂效率更高，这两类缩合试剂均优于其它类型的缩合剂。
设计、合成出反应活性更高、产物消旋更小的新型多肽缩合剂，用来高效地合成多肽以及生物活性肽是目前多肽合成领域急需解决的问题。
表4. 不同缩合剂的对比
表5. 不同缩合剂在片段缩合中的消旋对比
1.5 其他类型缩合剂
1) 亚胺正离子类(Immonium)
亚胺正离子型缩合剂是在脲正离子型缩合剂的基础上发展起来的。亚胺正离子缩合剂是将脲正离子缩合剂中“脲”的中心碳原子上的一个“胺”，用H，或烃基，或芳环代替。代表性亚胺正离子缩合剂如BOMI、BPMP、BDMP、AOMP、FOMP、DOMP、SOMP等，这类缩合剂可以高效地促进酸胺键和酷键的形成，具有反应速度快、产品消旋小、收率高、反应条件温和和操作简便等诸多优点。
2) 有机磷类(Orgnophosphorous)
自DPPA的缩合作用被发现以来，众多有机磷类缩合剂如DECP、DEPB、DEPC、MPTA、MPTO、FDPP、DEPBT被相继发现。DECP常用于小量的多肽的合成；FDP和FDPP都是无氟苯酚衍生物的试剂，在多肽合成中具有产物收率高，后处理简单的优点，但不适于有空间位阻多肽的合成；FDPP特别适用于环肽的合成。
DEPBT是HOBt衍生的磷酸酯类有机磷型缩合剂，具有溶解性好，反应条件温和，部分氨基酸侧链无需保护，消旋率低等优点（可能是由于DEPBT形成的活化中间体HOOBt 酯具有强抑制消旋的能力, 甚至优于HATU），DEPBT 已广泛用于国内外, 甚至用于复杂天然产物中酰胺键的形成。
a.如Boger 在合成糖肽teicoplanin aglycon 时，用DEPBT成功地形成了一些苯甘氨酸（Phenylglycine）间的酰胺键。其中Teicoplanin 的C23与C24（均为苯甘氨酸）之间形成酰胺键尤其容易消旋, 用DEPBT不仅得到很好的产率， 而且产品未消旋，而用EDC，PyBOP，HATU 等方法得到将近1 :1的非对映异构体混合物。
b.Joullie全合成(-)-tamandarin B的过程中，侧链（为C 端， 末端氨基酸为N-甲基氨基酸偶合时尤其容易消旋）与大环之间偶合，考察了各种偶合试剂，DEPBT产率高(85 %)，不消旋。DEPBT 对极端敏感的基质仍具有抑制消旋的能力，是一种高效的形成酰胺键的偶合试剂。
c.丙烷膦酸酐（T3P），是一种特殊的酰胺/肽键形成的试剂，非常易于使用，具有低毒性、低过敏性、反应时间短、官能团耐受性广、易分离、操作简单且有出色的反应选择性、几乎没有差向异构、高产品纯度和出色的收率且不需要添加HOBt等危险的添加剂等特点，是工业上优秀的新型缩合试剂。
3) 咪唑正离子类 (Imidazolium)
N,N-羰基二咪唑(CDI) 是在寻找DCC的替代品的过程中发现的，该试剂反应活性高、廉价、反应后处理简单，且不需要额外的碱即可促进偶联，是一种非常有吸引力的大规模酰胺缩合试剂。CDI的缺点是对大气水分较为敏感。CDI比同类试剂DCC和EDC具有更高的应用价值，CDI的缩合剂活性引导了一系列如CMBIT、BOI、CIP、CIB、CMBI等缩合试剂的发现。
CDI双甲基化得到了CBMIT，CBMIT在有位阻的氨基酸反应中可以发挥很好的缩合活性，并且在CuCl2或Cu(OTf)2存在时，几乎观察不到任何消旋的发生。但CBMIT有很强的吸湿性，使用起来很不方便，且由于CBMIT的极性较高，反应用的溶剂选择非常局限。
BOI及其前体也是经过修饰的咪唑类缩合剂。
CIP与HOAt组合，在有空间位阻的氨基酸缩合反应中，表现出很好的缩合活性。
4) 酰卤类、氯甲酸酯类、吡啶盐类等其它类缩合剂。
其中不乏有如BTFFH、CMPI、DMTMM等优秀的缩合剂品种，并在多肽合成中发挥了巨大的作用。通常来说，对于一般天然氨基酸之间的缩合反应，常规的碳二亚胺/辅助试剂组合就可以得到满意的效果。但对于非常规的，尤其是有空间位阻情况下的缩合反应，就无法轻易地用常规缩合试剂得到满意的结果，所以新型缩合剂的选择和应用就变得非常重要。
2 添加剂
1) HOBt、HOAt及其衍生物
20世纪70年代末以来，研究人员陆续发现酰胺键形成促进剂，这类试剂先和羧酸反应生成活性酯，然后再与胺基反应形成酰胺键。起到抑制消旋、提高产率等作用（以DCC为例，在形成酰胺键的反应中有高达70％的反应或多或少地产生了外消旋产物），这类添加剂发现后被迅速应用于实验室和工业生产中。
Merck的工作者在6个二肽合成中，发现单用EDC为缩合剂仅得50％以下的收率，同时产生15％～30％的异构体；当加入等当量的HOBt或HOAt时，收率提高到93％以上，而异构体则降低到0.3％以下。具体数据如下：
表6. 使用添加剂合成二肽的优势
这类添加剂有3大广泛应用的品种：1-羟基苯并三唑(HOBt)、6-氯-1-羟基苯并三唑(6-Cl-HOBt)和1-羟基-7-氮杂苯并三唑(HOAt) 。以HOAt构成的缩合剂比以HOBt构成的缩合剂具有更好的缩合效率。
表7. 三种试剂的主要特点
另外，这三款试剂还有2大劣势：
• 3款试剂均易燃烧。当发生热分解反应时，瞬间产生一氧化碳、二氧化碳和多种氧化氮气体引起爆炸。这3款试剂在美国和欧洲都是严格控制运输的化学品。
• 反应完毕的产物需另作处理：由于这类试剂反应的分子结构未曾破坏，且部分以其原型混杂于DCU或DIU中，需要另作处理（在具有辅燃器和洗涤器的焚化炉燃烧，或交与有政府执照的专门机构处理)以防止在包装、转运和焚烧过程引起爆炸。
2) Oxyma
HOBt、HOAt及其衍生物这类化合物容易爆炸、不方便运输和储存、慎用于工业生产，且其中的有些衍生物的副产物有强致癌性和呼吸毒性。这些缺点都在驱使人们寻找新型的更安全、更稳定的催化剂。
2009年，OxymaPure被证明在产率和较低的外消旋化方面优于苯并三唑试剂，此外，它不会造成爆炸风险，副产物毒性小且有较好的溶解性和稳定性、原料廉价易得。
Oxyma 是除苯并三氮唑外另一类重要的和碳二亚胺联合使用催化肽键合成的添加剂，它的性质稳定，在多种合成反应中均有较好的催化活性。在催化N-乙酰赖氨酸与4-氨基苯甲酸偶联反应时，Oxyma在催化此反应时产率和纯度比HOBt更高。
表8. 使用Oxyma作为添加剂的优势
除了Oxyma外，还有一系列Oxyma衍生物也被用做碳二亚胺联合适用的添加剂：
图3. Oxyma 衍生物
这些Oxyma及其衍生物在作为添加剂的时候均有优秀的效果，包括但不限于更高的产率，更低的消旋，没有副产物或副产物易去除等。在这些试剂中COMU较为突出。在2014年一则报道中提到，COMU 在碱（如 DIEA）存在下用作酸活化剂，以良好的收率提供目标产品，且没有任何外消旋化；报道还宣称这种策略适用于合成简单、双功能和空间位阻的氨基酸。同年证明了 COMU 用于合成具有生物活性的 TAK-779 类似物的效用，对比DCC、EDC、HATU 和 COMU试剂中，HATU 和 COMU 被发现是有效的，并且有效合成酰胺键的中间体的产率更高。
表9. 使用表9. COMU作为添加剂对收率的提高
COMU被认为是比HATU还要强，还要优异的强力缩合剂。COMU 在常用试剂中均有较好的溶解性（在极性小的溶剂中的溶解性较差）。它在多数溶剂中的稳定性较好（在DMF 和NFM 等极性大的溶剂中的稳定性较差），这是由于COMU 中含有活性较高的C-O 键，导致它在极性较大的溶剂中易水解成其前体：Oxyma 和二甲基吗啡脲。它在CH3CN 和GVL（γ-戊内酯） 中的稳定性较好。而且当用TMP作为碱催化时，反应过程中有明显的颜色变化。COMU 的催化偶联效果较好，能在最大程度上抑制消旋化的发生，它的副产物是水溶性的，易于除去，后处理简单。此外，它也能在水中催化反应的进行。
(二) 新型合成试剂
当前多肽合成所使用的试剂和技术大多是20世纪50～80 年代发展起来的，这些试剂和技术的天生弊端逐渐显现出来， 比如传统多肽缩合剂过度活化α-氨基酸而诱发的外消旋化和其它副反应导致的副产物成为药物多肽生产过程中一个极为关切的问题。另外固相多肽合成的低原子经济性给可持续发展带来了极大的挑战，这些问题只能依靠原始创新的颠覆性技术和全新的缩合方法来解决。
全球对高效低毒药物的需求确立了多肽药物研发的广阔市场，多肽缩合试剂是多肽化学合成中必不可少的专用化学试剂，有效构筑酰胺键、研发新型多肽缩合试剂成为化学工作者关注的热点，新的合成试剂和方法不断涌现。
表10. 近10年来出现的新型缩合剂
(三) 合成试剂现状与未来展望
对于一个给定的酸和胺而言，不是所有的缩合剂都表现得一样好，除了酰胺反应条件要考虑，获得高的收率和选择性，好的重复性，在底物有手性中心的情况下产生较低的差向异构化等也是要综合考虑的。同时也没有一个缩合剂适用于所有的缩合反应，还有价格、使用方法、用量多少、反应中的其他官能团来具体情况具体分析。
从工业的角度，理想的试剂应该是价廉、无毒、安全、处理简单、广泛使用、易从反应混合物中除去、仅导致最小量的废水，而且在生产路线快结束形成酰胺键的同时，副产物的检测和清除在监管限制内是优先考虑的。
从缩合剂发展和创新的角度，形成更长的肽链，合成一些位阻较大的肽，以及获得好的手性纯度以及更低的杂质，是优先考虑的，这些内容无法单一通过使用新的或更有效的缩合剂来获得，必须从基础研究的层面发展出新的颠覆性技术。
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