N键活化研究取得系列进展

2020-01-01 04:10栏目:大国科技
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C-N键活化研究取得系列进展

钯催化的联烯双官能化反应

1,3-二胺是具有生理活性的天然产物和药物的重要结构单元,但相对于1,2-二胺类化合物,1,3-二胺的合成较难。因此,1,3-二胺的高效合成一直是有机合成领域中具有挑战的课题之一。

中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室黄汉民带领的研究小组在1,3-二胺的合成方面取得新进展。他们利用先前发展的胺缩醛对Pd(0)氧化加成生成Pd-CH2NR2亲核试剂的基元反应,通过Pd-CH2NR2对联烯的迁移插入形成烯丙基钯,再与胺缩醛发生烯丙基胺化反应,以100%的原子经济性实现了联烯的双官能化反应,一步合成了具有重要生理活性的药物中间体1,3-二胺。该研究成果发表在最近的《德国应用化学》上。

过渡金属催化的有机合成反应由基元反应构成,整个催化过程所涉及的金属亲核试剂的产生、转化和淬灭等都是通过基元反应来实现。其中通过基元反应形成金属亲核试剂是反应得以发生的关键,而一个新的基元反应的建立往往能够促使新的化学反应的诞生。

该研究小组一直致力于通过C-N键活化形成金属-碳、金属-氮亲核试剂的基元反应研究,并取得了一系列研究成果。胺缩醛是一类结构独特且容易大规模制得的分子,在适当的条件下通过选择性的C-N键活化,既可以得到金属-碳亲核反应物种,也可以得到金属-氮亲核试剂。基于这一认识,2013年该研究小组首次报道了利用铜活化胺缩醛的C-N键形成Cu-N亲核试剂,建立了利用小分子醛与金属铜共同催化反应体系,实现了室温条件下、1个大气压的氧气为唯一氧化剂的苯并噁唑C-H氧化胺基化反应。相关研究成果以封面形式发表在《高等合成与催化》(Adv. Synth. Catal., 2013, 355, 1315-1322)上。同样,他们利用铜作为催化剂活化胺缩醛的C-N键活形成相应的Cu-N亲核试剂,实现了温和条件下苯硼酸的氧化胺基化反应。相关研究成果发表在《四面体通讯》(Tetrahedron Lett., 2013, 54, 2713-2716)上。

在以上工作基础之上,通过进一步的理性设计,该研究小组采用亲电性更强的钯作为催化剂,通过胺缩醛对Pd(0)的氧化加成活化C-N键,建立了制备特殊三元环Pd-CH2NR2亲核试剂的基元反应,在对Pd-CH2NR2亲核试剂结构和性质的详细研究基础上,设计、实现了两类新型的催化反应:利用Pd活化胺缩醛的C-N键,实现了烯烃与胺缩醛的Heck反应,一步合成烯丙胺类化合物。利用该方法可以一步合成治疗晕船症和治疗心血管疾病药物桂利嗪。利用上述新型基元反应,通过进一步的理性分析和实验验证,成功建立了烯基醚的双官能化反应,合成了一系列-胺基缩醛。-胺基缩醛可以通过进一步的转化合成-胺基醇和-胺基酸。这些反应过程和机理均通过X-ray单晶衍射、原位核磁、原位反应红外等表征手段得以验证和确认。

以上工作得到了国家自然科学基金委员会和兰州化物所一三五规划重点培育方向项目的长期支持。

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