实验技巧

大放异彩的有机合成方法(2022)

作者:石油醚

导读:

2022年,全世界的化学工作者在人工智能与化学、化学技术以及分子的构建等众多方面有了重大的发现。近日,C&EN’s 发布了题为“C&EN’s Year in Chemistry 2022”的文章,评选出了2022年在化学领域取得巨大进步的成果,本期化学空间的小编带大家走进“大放异彩的有机合成方法(2022)”。

1.酶催化构建联芳基轴手性化合物

轴手性的联芳基结构是众多天然产物、药物、配体、催化剂及材料的核心骨架。目前,化学家构建联芳基骨架常用的方法有很多,如过渡金属催化的交叉偶联(图 1b)、手心中心向轴手性的传递、联芳基化合物的去对称化及环加成等。过渡金属催化交叉偶联中因底物预官能团化、多步合成等因素阻碍其选择性和连接性,致使联芳基骨架的构建仍然是有机化学领域中的一大难题。受酶催化反应能力的启发,University of Michigan的Alison R. H. Narayan教授团队利用定向进化创造了一种细胞色素P450酶,该酶成功实现了芳香族C-H键的直接氧化偶联构建联芳基轴手性化合物 ((Nature 2022, DOI: 10.1038/s41586-021-04365-7) (图 1)。该方法不仅为构建轴手性联芳基化合物提供了一个简化方法,并为组装具有催化剂控制反应性和选择性的分子提供了一个可编程平台。

图 1 酶催化构建联芳基轴手性化合物。图来自C&EN

“Biocatalytic oxidative cross-coupling reactions for biaryl bond formation

Wen Zhang, Lingxiang Lu, Wendy Zhang, Yi Wang, Skyler D. Ware, Jose Mondragon,

Lara E. Zetzsche, Jessica A. Yazarians, Suman Chakrabarty, Meagan E. Hinze, Lauren A. M. Murray, April L. Lukowski, Leo A. Joyce& Alison R. H. Narayan*

Nature, 2022, 603, 79-85. DOI: 10.1038/s41586-021-04365-7

2.叔胺的合成仅需一点点盐

富电子的胺通常会导致金属催化剂变性失活,因此利用过渡金属催化仲胺构建叔胺的策略常常以失败告终。近日,University of Illinois Urbana-Champaign的M. Christina White教授团队意识到“如果他们在反应物配方中添加一些咸味调味料,就能解决这个问题”,其具体操作是将仲胺转化为铵盐,利用胺类亲核试剂的释放与催化循环的完美结合的自由调节机制,成功实现了钯(II)催化的烯丙基碳C-H胺化交叉偶联反应,并以高区域和立体选择性合成烯丙基叔胺(Science 2022, DOI: 10.1126/science.abn8382)(图 2)。White教授利用该反应制造抗精神病药物 Abilify 和 Semap,并将现有的仲胺药物(如抗抑郁药百忧解)转化为叔胺,向世人展示了化学家如何利用现有药物制造新药途径。

图2 叔胺的合成仅需一点点盐。图来自C&EN

Allylic C–H amination cross-coupling furnishes tertiary amines by electrophilic metal catalysis

Siraj Z. Ali, Brenna G. Budaitis, Devon F. A. Fontaine, Andria L. Pace, Jacob A. Garwin, M. Christina White*

Science, 2021376, 276-283. DOI:10.1126/science.abn8382 .

3.氮杂芳环上“删”碳

目前,科学家在分子编辑和后期官能化得到了巨大发展,但仍然是对分子骨架外围C–H键的编辑,但对于分子骨架直接编辑的方法确很少有人报道。近日,University of Chicago的Mark D. Levin教授团队基于光化学转化进行氮杂芳环上的“碳删除”,由喹啉骨架变为吲哚骨架,从而直接实现骨架跃迁(Science 2022, DOI: 10.1126/science.abo4282)。具体来说,喹啉N-氧化物在390 nm光照下进行选择性光解,然后经酸促进的重排得到N-酰基吲哚,再脱掉N-酰基便可得到相应的吲哚,反应的净结果是骨架上少了一个碳原子。该反应为化学家和试剂商提供了一种重塑复杂化合物骨架的方法,并可以药物化学家扩展候选药物库提供了一个强大的工具。

图 3 氮杂芳环上“删”碳。图来自C&EN

Scaffold hopping by net photochemical carbon deletion of azaarenes

Jisoo Woo, Alec H. Christian, Samantha A. Burgess, Yuan Jiang, Umar Faruk Mansoor, Mark D. Levin*

Science, 2022, 376, 527-532, DOI: 10.1126/science.abo4282

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