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3-共轭二烯与苯酚的选择性氢芳基化反应,郭武生

来源:http://www.qd-haiyu.com 作者:澳门金莎娱乐网站-官方首页 时间:2019-09-16 12:30

1,3-共轭二烯的选择性氢芳基化是一种简单、高效的合成烯丙基取代芳烃的方法,在合成化学上具有重大意义。目前,该类烯烃的氢芳基化反应往往通过渡金属催化芳烃的C-H键活化机制或金属路易斯酸催化的芳烃的傅-克烷基化机理发生。然而,这些体系通常需要较高的反应温度,并且其中涉及的碱性官能团在反应过程中往往存在兼容性的问题。因此,发展温和、高效的催化策略实现1,3-二烯的选择性氢芳基化是一个重要课题。

碳酸酯可由环氧乙烷与二氧化碳反应生成,碳酸酯的高效利用能促进作为潜在石油碳源替代品之一的二氧化碳的化学转化,具有重要的战略意义。近日,《中国科学报》记者采访西安交通大学前沿科学技术研究院教授郭武生时了解到,他以碳酸酯及其衍生物为原料,实现了系列具有挑战性的药物分子及中间体的高效合成,拓展了碳酸酯及衍生物的化学应用,推进了多取代烯烃的立体选择性合成及烯丙基化学的发展。

碳酸酯可由环氧乙烷与二氧化碳反应生成,碳酸酯的高效利用能促进作为潜在石油碳源替代品之一的二氧化碳的化学转化,具有重要的战略意义。近日,《中国科学报》记者采访西安交通大学前沿科学技术研究院教授郭武生时了解到,他以碳酸酯及其衍生物为原料,实现了系列具有挑战性的药物分子及中间体的高效合成,拓展了碳酸酯及衍生物的化学应用,推进了多取代烯烃的立体选择性合成及烯丙基化学的发展。

腈类化合物是一类非常重要的有机合成中间体,广泛存在于医药、农药、除草剂、杀虫剂、染料、香料以及天然产物中。有机腈类化合物可以进行多种化学转换反应,如可以转化为羧酸、醛、酮、酯、酰胺、胺、四唑以及其它氮杂环化合物等。因此有机腈类化合物的合成引起了人们广泛关注和浓厚的研究兴趣。过渡金属催化的炔烃的氢-氰化反应被认为是合成烯基氰类化合物最直接有效和原子经济性的方法之一。然而该类反应仍然存在较大的局限性和不足之处,如主要局限于使用剧毒且易挥发的氢氰酸作为氰源,在实验室及工业生产中极具危险性;催化剂易被氰负离子毒化失活,反应效率往往不高;反应的底物普适性和区域选择性也不是很好等。因此发展新的催化体系,实现过渡金属催化炔烃的更加高效、安全、温和的氢-氰化反应,无论是在实验室合成还是工业应用中都将具有重大的实践意义和应用前景。

最近,我校化学化工学院黎书华课题组基于量子化学计算结合实验研究发展了一种新的氢芳基化方法,利用有机硼路易斯酸和苯酚类衍生物实现1,3-共轭二烯的选择性氢芳基化反应。相关成果发表在德国应用化学杂志(Angew. Chem. Int. Ed, 2018, DOI: 10.1002/anie.201811729)。

烯丙胺是合成化学及药物化学中非常重要的基本单元。烯丙基亲核取代是合成烯丙胺最常用的方法。郭武生告诉记者,如何利用烯丙基化学高效构建重要的药物中间体手性a-双取代烯丙胺,具有巨大挑战。同时,对于钯催化的烯丙基亲核取代反应,胺更易进攻位阻较小的烯丙基钯端位碳生成线状产物,如何引导胺进攻位阻较大的烯丙基钯间位碳是合成手性a-双取代烯丙胺支状产物的关键。

烯丙胺是合成化学及药物化学中非常重要的基本单元。烯丙基亲核取代是合成烯丙胺最常用的方法。郭武生告诉记者,如何利用烯丙基化学高效构建重要的药物中间体手性a-双取代烯丙胺,具有巨大挑战。同时,对于钯催化的烯丙基亲核取代反应,胺更易进攻位阻较小的烯丙基钯端位碳生成线状产物,如何引导胺进攻位阻较大的烯丙基钯间位碳是合成手性a-双取代烯丙胺支状产物的关键。

中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室刘元红课题组近年来致力于镍催化的氰基化反应研究,实现了镍催化的氯代芳烃/杂芳烃同毒性相对较低的氰化锌在温和条件下的高效氰基化反应(Org. Lett. 2017, 19, 2118)。随后他们又进一步拓展了研究范围,相继实现了苯酚衍生物和烷基卤代烃的高效氰基化反应(J. Org. Chem. 2018, 83, 14036; Org. Lett. 2018, DOI: 10.1021/acs. orglett. 8b03539)。最近,他们又利用巧妙的设计思路,将氰化锌和绿色环保的水应用于炔烃的氢-氰化反应中,成功地实现了末端炔烃在温和条件下的高区域选择性的氢-氰化反应(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 7385)。该反应具有良好的底物普适性和官能团兼容性,芳基末端炔和非活化的烷基末端炔在该反应条件下均可发生反应,卤素、羟基、氨基、烯基以及内炔烃等均可很好兼容。另外,该反应也可应用于复杂药物分子如布克力嗪衍生物和炔孕酮等的后期官能团化修饰。需要指出的是,在该反应体系中氰化锌提供了“氰”源,绿色环保的水则提供了“氢”源,避免了使用剧毒易挥发的氢氰酸,具有操作简单、安全高效等特征,为烯基氰类化合物的实验室合成和工业生产提供了重要的应用前景。此外,机理研究也进一步表明产物烯基氰上的氢来源于水,反应主要是以顺式氢-氰化的方式进行。这种新颖的反应模式将为镍催化炔烃以及烯烃等不饱和化合物的氢-官能团化反应提供新的研究思路。该文第一作者是上海有机所博士研究生张兴杰。

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于是,郭武生带领团队分别以环状、线状碳酸酯为原料,利用氢键诱导等策略,成功实现a-双取代烯丙胺的不对称合成;苯酚也适用于该体系合成手性烯丙基芳香醚。烯丙基芳香胺的研究在发表当月入选JACS。美国科学院院士、日本化学会主席HisashiYamamoto连续两次将该系列工作作为近期研究亮点加以介绍,认为合成a-双取代烯丙胺是“相当具有挑战的”,并指出郭武生用“非常简单的新方法”实现了a-双取代烯丙胺的合成。

于是,郭武生带领团队分别以环状、线状碳酸酯为原料,利用氢键诱导等策略,成功实现a-双取代烯丙胺的不对称合成;苯酚也适用于该体系合成手性烯丙基芳香醚。烯丙基芳香胺的研究在发表当月入选JACS。美国科学院院士、日本化学会主席Hisashi Yamamoto连续两次将该系列工作作为近期研究亮点加以介绍,认为合成a-双取代烯丙胺是“相当具有挑战的”,并指出郭武生用“非常简单的新方法”实现了a-双取代烯丙胺的合成。

上述研究得到国家自然科学基金委、科技部、中科院战略性先导科技专项、上海市科委以及上海有机所的资助。

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