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中科院理化所發現氮雜芳烴與醚類的直接偶聯反應

來源:理化所      2019-12-09
導讀:中國科學院理化所王乃興研究員課題組近年來在穩定化合物的C(sp3)-H鍵官能團化反應方面取得了一系列進展,發展了苯乙烯與醇、酮、腈、醚類的雙官能團化反應,在有機化學核心刊物Org. Lett.等發表了多篇文章。最近德國《合成有機化學》(Synthesis, 2019, 51, 4542)評述了這項工作,把上述一系列成果總結成為一個王反應通式(Wang’s reaction)。

 王反應通式(Wang’s reaction)

  王乃興課題組研究發現,在稀土催化劑Y(OTf)3催化下,以二叔丁基過氧化物作為自由基引發劑,氮雜芳烴與醚類化合物能夠直接發生偶聯反應,該反應也屬于C(sp3)-H鍵的官能團化的交叉脫氫偶聯反應(Cross-Dehydrogenative-Coupling, CDC),具有原子經濟性好,選擇性強等優勢。

  在這個反應研究中,發現稀土催化劑Y(OTf)3的催化效果比Cu(OAc)2等催化劑好。稀土化合物中的化學鍵以離子鍵為主同時具有一定的共價性,4f軌道由于極強的屏蔽作用而不參與成鍵。稀土釔離子屬于硬Lewis酸,對含氮原子或者氧原子的化合物具有很強的配位能力。氮雜芳烴和醚被釔離子配位形成活性過渡態,使反應容易進行。該反應底物適用范圍廣,氮雜芳烴與醚還有硫醚均能得到C(sp3)-H鍵的官能團化產物。除鏈醚以外,環醚也可以有效地發生C(sp3)-H鍵的官能團化反應。所得的31個反應產物都進行了核磁共振氫譜、碳譜及高分辨質譜的表征。

 氮雜芳烴與醚類偶聯

機理研究方面,他們使用了游離基捕獲劑TEMPO進行了抑制試驗,結果發現捕獲劑的加入會使該反應猝滅而無目標產物生成,并成功地用高分辨質譜檢測到了捕獲劑TEMPO與游離基形成的加合物,說明此反應為游離基歷程。

  課題組還通過氘代四氫呋喃(THF-d8)的動力學同位素實驗,成功地驗證了α-C(sp3)-H鍵的斷裂是該反應的速率決定步驟。

  王乃興課題組的這個研究成果,發表在有機化學核心刊物Organic Letters上:Org. Lett. 2019, 21, 7450-7454. 該論文的第一作者是王乃興研究員的博士生吳躍華(現已經在廣州某高校任教)。


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