热点研究

「Spotlight Research」自由基介导烯基环丁烷开环合成γ,δ-不饱和醛

作者:石油醚

本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者和共同通讯作者,来自浙江师范大学张岩副教授为我们分享。

2023年3月6日,Angew在线发表了来自浙江师范大学张岩副教授课题组题为「Photocatalytic C–C Cleavage of Methylenecyclobutanes for γ,δ-Unsaturated Aldehydes by Strain Release」的研究论文:文中报道了稳定化自由基形成及张力释放控制下的烯基环丁烷开环合成γ,δ-不饱和醛类化合物。

“Photocatalytic C–C Cleavage of Methylenecyclobutanes for γ,δ-Unsaturated Aldehydes by Strain Release

Yan Zhang*,  Chunhang Zhao,  Chanchan Ma,  Zhenzhi Cai,  Sven Trienes,  Lutz Ackermann*

Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300166.. Doi:10.1002/anie.202300166

 

Q1. 请对Photocatalytic C–C Cleavage of Methylenecyclobutanes for γ,δ-Unsaturated Aldehydes by Strain Release”作一个简单介绍。

浙江师范大学张岩博士报道了稳定化自由基形成及张力释放控制下的烯基环丁烷开环合成γ,δ-不饱和醛类化合物。一般来讲,自由基对烯烃加成的结果集中于两大类,一是实现原有烯基1,2-双官能团化(包括含重键基团的迁移);二是发生1,5- 或者1,6-氢迁移实现模型化的远程双官能团化。而本研究发现了另一种自由基对烯烃加成转化模式,即借助稳定化自由基导向的自由基转移实现了形式上的1,4-双官能团化,得到磺酰基取代的γ,δ-不饱和醛。另外,所得到的产物中的磺酰基基团可以很容易的被去除,这实际上也体现了本课题组之前所提倡的可移除性自由基策略(removable radical strategy)的应用(Chem. Sci. 2021, 12, 15727-15732Green Chem. 2022, 24, 3697-3703)。这种反应设计需考虑恰当自由基源的使用,为使自由基片段不成为合成目标物中难以去除的尾巴,这尤其体现在利用自由基加成反应合成天然产物和药物分子中。

Q2.在研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢?

自由基对反应底物中的烯基片段的区域选择性加成是导致环丁烷开环的很重要的因素。比如如果使用位阻较小的自由基,加成部位会与目前所报道的位点不同,这导致环丁烷片段不会开环形成所需要的线性不饱和醛。所以经过多种自由基源的试探发现磺酰基自由基是合适的;而且发现环丁烷片段中烷氧基或羟基的存在是必须的。

Q3. 本次研究主体,有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢?

我们实验室实际上目前集中于电化学自由基反应的研究,但是用电化学的方法一直没有成功。于是尝试了一下利用光催化剂引发自由基的条件,确是成功了。然而不论电化学还是光化学,它们都只是服务于反应设计的外在工具而已。

Q4. 将来想继续研究化学的哪个方向呢?

自己的能力以及实验室资源都十分有限,我们仍然会坚持集中做电化学自由基反应的相关工作,实现一些类药分子及类天然产物分子结构的简洁构建。不通过过渡金属(包括昂贵的光催化剂),而是借助电极处的单电子转移来产生自由基我们认为是更为绿色经济的。

Q5. 最后,有什么想对各位读者说的吗?

我自认为自己是浙师大化学系的一名极普通的教师,而不是一个有很好天赋的科研人。教书以及指导研究生开展科研工作是我的全部精力所在。但是我认为兴趣仍然是也将永远是决定一个人工作幸福感高低以及工作质量好坏的重要因素。做自己喜欢做的且擅长的工作可能是自己最好的选择。

作者教育背景简介

教育背景:

2004-09至2008-07,曲阜师范大学,化学科学学院,理学学士

2008-09至2011-03,浙江大学,化学系,理学硕士,导师:商志才教授

2012-09至2016-03,浙江大学,药学院,医学博士,导师:崔孙良教授

工作经历及其研究方向:

张岩  2016年3月毕业于浙江大学药学院获医学博士学位;2016年4月入职浙江师范大学化学与材料科学学院,任讲师;2018年12月升副教授。2019年9月至2020年9月,以国家公派访问学者的身份在德国哥廷根大学化学系学习,合作导师Lutz Ackermann教授。目前主要从事电/光催化的自由基串联环化反应的开发和应用工作,特别是致力于合成含有七元环及中环骨架的有机小分子以及其他类药分子。

文章解读

张岩课题组在Angewandte Chemie(德国应用化学)上发表研究成果

近日,国际顶级学术期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)在线刊发了浙师大化学系制药中心张岩课题组完成的最新研究成果“Photocatalytic C–C Cleavage of Methylenecyclobutanes for γ,δ-Unsaturated Aldehydes by Strain Release”,DOI:10.1002/anie.202300166

课题组将以上合成策略成功应用到了具有良好抗菌活性的天然产物具翅草胡椒酮A(Alatanone A)的全合成中。利用我们发展的选择性开环方法作为最关键的第一步得到产品3-1,再经过三步转化可以获得目标分子。

实际上,过去关于环丁醇的C–C键活化已多有报道,但往往是先经过过渡金属介导的电子转移形成环丁氧自由基中间体,然后快速开环形成具有酮羰基的线性烷基自由基。所以从反应机制上来说,本研究的独特之处在于,首先是自由基对于烯基片段的区域选择性加成,接着环丁基片段上发生关键的C–C键均裂,导致原有双键恢复并同时产生热力学更稳定的新自由基。控制实验进一步表明,开环之后得到的E构型产物可以在光催化剂和光照条件下进一步发生一定程度的异构化得到Z型产品。

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