南京大学俞寿云教授课题组:可见光促进氮自由基在远程C(sp3)-H官能团化方面的应用

原创
人物与科研 2018-10-08 09:09 1766人阅读


导语

碳氢键的直接官能团化,特别是C(sp3)-H直接官能团化,是有机化学领域最为活跃和具有挑战性的课题之一。历史上对于这一问题的经典解决方案之一是利用氮自由基实现的,现在被称为Hofmann-Löffler-FreytagHLF)反应虽然HLF反应发现已经超过一百年,期间也有一些发展和改进,但该反应还有一些缺点需要克服:1)反应条件非常苛刻,经典的HLF反应通常需要在强酸性介质中通过紫外光解(或者加热)氮的氯化物产生氮自由基;2)HLF反应通常实现远程卤化或者分子内胺化,其他类型的官能团化较为少见,特别是远程C-C键的构建非常具有挑战性;3)HLF通常能够较好地实现叔碳碳氢键的官能团化,仲碳碳氢键也可以反应,但效率较低,未活化的伯碳碳氢键通常不能进行官能团化。这些缺点制约了HLF及其相关反应在有机合成中的应用。


俞寿云教授课题组一直致力于可见光促进的氮自由基化学在有机合成中的应用研究。2015年,课题组使用可见光促进的光氧化还原反应,利用磺酰胺氮氯化物作为氮自由基的前体,成功地在近中性的条件下实现了远程C(sp3)-H的酰胺化和氯化反应Org. Lett. 2015, 17, 1894,1A)。该方案避免了经典HLF反应的强酸性和紫外光照射等苛刻条件。温和的反应条件使复杂化合物的后期修饰也成为可能。比如,他们实现了具有重要生理作用的(-)-cis-myrtanylamine衍生物的酰胺化和Dehydroabietylamine衍生物的氯化(图1B)。近日,俞寿云教授课题组发展了一个新型催化体系,实现了酰胺γ-C(sp3)-H烯基化(Org. Lett. 2018, DOI: 10.1021/acs.orglett.8b02737)。


南京大学俞寿云教授课题组:可见光促进氮自由基在远程C(sp3)-H官能团化方面的应用

图1 远程C(sp3)-H的酰胺化和氯化反应

(来源:Org. Lett. 201517, 1894

 

南京大学俞寿云教授课题组:可见光促进氮自由基在远程C(sp3)-H官能团化方面的应用

俞寿云教授

前沿科研成果

 

一、远程C(sp3)-H烯基化


课题组使用氧酰基肟衍生物作为亚胺自由基前体、铱的配合物作为光催化剂、烯基硼酸作为自由基捕获剂,通过亚胺自由基的1,5-氢迁移,实现了远程C(sp3)-H烯基化,将经典的HLF反应拓展到碳碳构建领域Org. Lett. 2018, 20, 5523,2)。该反应中叔碳氢可以很好地烯基化,活化的仲碳氢也可以反应,但非活化的仲碳氢和伯碳氢的反应非常不好。


南京大学俞寿云教授课题组:可见光促进氮自由基在远程C(sp3)-H官能团化方面的应用

图2 远程C(sp3)-H烯基化

(来源:Org. Lett. 2018, 20, 5523

 

二、酰胺γ-C(sp3)-H烯基化


为了解决不同类型的C(sp3)-H官能团化的问题,课题组最近又发展了一个新型催化体系。他们使用氮叔丁基氧酰基的羟胺衍生物作为酰胺自由基前体、有机染料Eosin Y作为光催化剂、烯基硼酸作为自由基捕获剂,通过酰胺自由基的1,5-氢迁移,实现了酰胺γ-C(sp3)-H烯基化(Org. Lett. 2018, DOI: 10.1021/acs.orglett.8b02737,图3)。该反应中,不论是活化还是非活化的伯、仲、叔碳氢都可以很好地烯基化。反应巧妙利用氮自由基上的取代基效应,通过调节氮自由基的电性、极性和位阻,实现了不同类型碳氢键的官能团化


南京大学俞寿云教授课题组:可见光促进氮自由基在远程C(sp3)-H官能团化方面的应用

图3 酰胺γ-C(sp3)-H烯基化

(来源:Org. Lett. 2018, DOI: 10.1021/acs.orglett.8b02737


往期报道回顾:

南京大学俞寿云教授课题组:可见光促进氮自由基的产生以及在烯烃官能团化中的应用


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