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绿色催化与合成团队在镍催化C-N键偶联反应领域取得重要进展

发布者:曹凯超  发布时间:2021-09-06 17:59:07  浏览:

(1)光促进芳基卤化物与硝基芳烃的C-N偶联反应

过渡金属催化芳基卤化物与胺的Buchwald-Hartwig偶联反应是有机合成中使用最广泛的反应之一,在合成化学尤其是药物合成中得到了广泛应用。目前报道的胺化反应均采用胺或苯胺作为氮源。利用催化氢化过程,从硝基芳烃制备苯胺是目前广泛使用的方法。避免使用催化氢化过程,发展价廉易得的硝基芳烃与芳基卤化物的直接胺化反应具有重要的研究意义。

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在前期研究的基础上,云顶4008备用网站绿色催化与合成团队实现了光促进镍催化硝基芳烃与芳基卤化物的直接C-N偶联反应。该催化体系使用对空气稳定的Ni(II)-芳基络合物为催化剂,温和的三级胺DIPEA为碱,不需要外加光敏剂。该反应底物适用范围广泛,官能团耐受性好,对于邻位有空间位阻的硝基芳烃和卤代芳烃都表现出高的活性。

机理研究表明,亚硝基芳烃类化合物和Ni(I)物种可能是该反应中的两个关键中间体。Ni(II)-芳基络合物在紫光照射下通过Ni(I)/Ni(III)循环与卤代芳烃反应生成芳基自由基物种,该自由基与硝基芳烃产生的可能中间体亚硝基苯发生后续反应得到目标产物二芳基胺。该工作为Buchwald-Hartwig胺化反应的发展提供了一种步骤经济的新策略。相关研究工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,论文第一作者为4008com云顶集团师资博士后李刚,薛东教授为论文通讯作者。论文信息:Angew. Chem. Int. Ed. 2021. 60, 5230-5234.(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202012877)。

(2) 光促进镍催化手性胺与芳基溴的芳基C-N键偶联反应研究

钯催化Buchwald-Hartwig胺化反应、铜催化的Ullmann-Ma反应是现代药物合成中应用最广泛的反应之一,在合成化学领域得到了广泛应用。相对于钯,金属镍更容易发生单电子转移,也更廉价,将光催化与镍催化体系结合,为有机合成中C-N键的构建提供了一种新的思路。尽管该领域取得了系列重要进展,但是手性胺、手性氨基醇、氨基酸或酯参与的手性保持的选择性C-N键偶联反应体系亟待研究。通过这类C-N键偶联反应得到的产物手性N-芳基胺、N-芳基氨基醇、N-芳基氨基酸或酯是合成天然产物、农药、香料、染料、和药物分子的重要砌块。针对这一难题,绿色催化与合成团队从手性氨基化合物出发,实现了镍催化芳基卤化物与手性胺的选择性C-N键偶联反应。该方法使用可溶性有机胺DBU作为碱,紫光(390-395 nm)为光源,无需外加光敏剂,反应条件温和,底物适用范围广。手性脂肪胺、氨基醇、氘代手性胺、手性芳胺以及氨基酸酯均可适用于这一催化体系,得到对应的手性保持的N-芳基胺类化合物。芳基溴化物尤其是含对碱和亲核试剂敏感基团的底物在C-N偶联反应表现出高的反应活性;异丙基、甲氧基等邻位取代的芳基溴化物对于该体系也表现出了高的活性。溴代复杂药物分子在该催化体系中也表现出了高的反应活性和官能团兼容性,为镍催化C-N偶联反应在天然产物和药物合成的应用提供了研究基础。作者对于反应机理进行了初步研究。紫外-可见吸收光谱分析表明:Ni(OAc)2-联吡啶络合物在 350-800 nm范围内的吸收峰明显强于Ni(OAc)2与(R)-1-苯乙胺形成络合物的吸收峰,很可能是吸光的主要物种。原位质谱分析证明:当醋酸镍、联吡啶和手性胺共存时,主要检测到了Ni(OAc)2-联吡啶络合物的存在,说明联吡啶与镍的配位能力明显强于手性胺。当原位制备的Ni(OAc)2-联吡啶络合物在紫光照射下1小时后,加入自由基捕获试剂N-叔丁基-α-苯基硝基(PBN),电子顺磁共振(EPR)光谱观察到了醋酸根自由基与PBN的加合物,表明Ni(OAc)2-联吡啶络合物在光照下可以发生均裂,生成醋酸根自由基和Ni(I)物种。进一步的研究发现,Ni(OAc)2-联吡啶络合物在光照下原位产生的Ni(I)物种在避光条件下可以催化该C-N偶联反应。由Ni(II)(OAc)2-dMebpy 和Ni(0)(dMebpy)(cod) 络合物原位产生的Ni(I)物种在光照和避光条件下都可以催化该C-N偶联反应。这些机理研究实验初步证明镍催化剂可能通过 Ni(I)/Ni(III) 循环完成催化过程。

相关研究工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,论文第一作者为4008com云顶集团博士研究生宋戈洋,肖建良教授和薛东教授为论文通讯作者。论文信息:Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, DOI: 10.1002/anie.202108587.(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202108587)。