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Org. Lett.:铁催化光诱导游离醇的远程C-H键胺化反应

导语

脂肪醇的选择性催化碳氢键官能团可以将广泛存在的醇类化合物转化为具有高附加值的复杂结构分子,因此该类转化也引起了化学家们的关注。通过氧自由基的生成以及1,5-氢迁移实现醇类化合物的远端碳氢键官能团化,是其中很经典的方法。常用的策略是将醇类化合物转化成为O-N化合物、高价卤、过氧化物、烷氧基铅等,以实现醇的“活化”促进氧自由基的生成。苏州大学朱晨教授、南开大学陈弓教授、北京大学焦宁教授、(从上海科技大学迁入)上海有机所左智伟教授等人通过使用IrRuAgCe等催化剂促进游离醇生成氧自由基及1,5-氢迁移,实现了游离醇的远端碳氢键官能团化转化。如何使用廉价金属作催化剂仍然是一个挑战。近日,西安交通大学曾荣课题组报道了一种光诱导铁催化的新方法,脂肪醇在铁的催化下生成氧自由基、随后1,5-氢迁移、官能团化,进而实现了广泛易得的脂肪醇的远端胺化反应。

图1. 游离脂肪醇的远程官能团概念

Iron-Catalyzed Photoinduced Remote C(sp3)─H Amination of Free Alcohols.

Ni XiongYang Li*, and Rong Zeng*

Organic Letters  ASAP  DOI: 10.1021/acs.orglett.1c03488

正文

近年来,西安交通大学曾荣教授课题组围绕光诱导铁催化反应展开了一系列研究工作。该课题组前期曾开发了光诱导铁催化下二级或三级醇的温和氧化制备芳香酸(Org. Lett. 2021, 23, 2915-2920)、烷基苯、聚苯乙烯氧化制备苯甲酸(Chin. J. Chem. 202139, 3225-3230)等。基于对前期研究工作的深入探索,近日,该团队又报道了一种通过光诱导铁催化游离脂肪醇的选择性碳氢键胺化反应来构建复杂分子的新方法。

图2. 铁光催化游离脂肪醇的远程胺化(图片来源: Org. Lett.

 

该反应具有良好的步骤、原子经济性及广泛的底物范围。在可见光促进铁催化下,不同的游离脂肪醇都可以实现远端胺化反应,高效、高选择性地得到相应的氨基醇类衍生物(图3)。

图3. 脂肪醇底物范围(图片来源: Org. Lett.)

 

此外,不同的偶氮类化合物也可以参与反应,得到相应的氨基醇类产物(图4)。

图4. 偶氮底物范围(图片来源: Org. Lett.)

 

通过简单的反应机理探索,作者也提出了该反应的催化循环(图5)。该反应由三价铁催化剂 Fe(III)和脂肪醇之间的光诱导电荷转移来引发,通过形成Fe(II)物种促使氧自由基中间体 Int-O的生成。分子内 1,5-氢转移(HAT)、接着与DBAD发生自由基加成产生氮自由基中间体 Int-N。最后,单电子转移生成胺化产物的生成以及再生Fe(III)催化剂。比较遗憾的是,对于氧自由基的生成机制,是通过氯自由基还是LMCT的过程,作者并没有给出结论。该实验室仍在进行更深入的机理研究。

图5. 催化循环(图片来源: Org. Lett.)

 

最后,作者还通过克级放大反应、麻氧化反应、Appel反应以及TsCl保护反应等进行了探索(图6),初步展示出了反应的实用性,也为后续的转化提供了基础。

图6. 产物衍生化(图片来源: Org. Lett.)

总结

西安交通大学曾荣教授课题组开发了一种高效的铁基光氧化还原催化系统实现了游离脂肪醇的远程C-H键胺化。该反应使用廉价易得的铁催化剂(FeCl3),结合可见光催化,具有良好的底物耐受性、条件温和、绿色经济和区域选择性良好等的优点。该研究成果以“Iron-Catalyzed Photoinduced Remote C(sp3)─H Amination of Free Alcohols”为题,发表于Organic Letters。西安交通大学化学学院博士研究生熊泥为该论文的第一作者,曾荣教授和李洋教授为本工作的通讯作者。

 

曾荣教授简介

西安交通大学化学学院教授,海外高层次人才计划、西交“青年拔尖人才计划A类”入选者,博导。2008年于浙江大学取得学士学位后直博本校,并于2013年取得博士学位,师从我国著名有机化学家麻生明院士,主要研究联烯参与的自由基加成以及碳氢官能团化。2013年至2016年,在美国德克萨斯大学奥斯丁分校从事博士后研究工作,合作导师董广彬教授,研究方向为非张力环酮的碳碳键活化偶联。2016年至2018年,在以色列威兹曼科学研究所从事博士后研究工作,合作导师David Milstein教授,研究方向为Pincer络合物合成以及在一氧化二氮活化中的应用。2018年起,在西安交通大学从事独立研究工作。目前在J. Am. Chem. Soc.Angew. Chem. Int. Ed.ACS Catal.等国际主流学术期刊发表系列论文,授权中国专利3项。

Email: rongzeng@xjtu.edu.cn.

曾荣教授课题组简介:

曾荣教授课题组成立以来主要研究方向为基于协同催化策略的有机合成新方法研究,主要包含惰性键活化转化、光催化、活性杂环化合物合成、有机金属络合物的合成及应用等。

曾荣课题组欢迎硕士研究生、博士研究生的积极报考。Email: rongzeng@xjtu.edu.cn.

 

此外,因发展需要,曾荣课题组面向社会公开招聘青秀人才以及科研助理。

青秀人才个人待遇:享受学校提供青秀人才的一切待遇。详情请见:其中,A类青秀年薪30万;B类青秀年薪16万;此外,课题组奖励补助3-5万。(青秀A最高年薪35万)

青秀计划表现优异者,优先推荐申请西安交通大学青年拔尖人才计划。

研究助理:硕士毕业或即将毕业;具有有机化学背景;发表过英文论文,有一定的英文书写能力。表现优异者优先推荐博士申请。

 

李洋副教授简介

西安交通大学化学学院副教授,博士生导师。2010年于兰州大学取得学士学位。2015年于上海有机化学研究所取得有机化学博士学位,师从我国著名有机化学家丁奎岭院士,主要从事手性配体的设计合成以及不对称催化氢化反应的研究。2017年至2018年在美国斯克里普斯研究所做访问学者研究,合作导师余金权(Jin-Quan Yu)教授,研究方向为钯催化C-H键官能团化反应。2015年7月加入西安交通大学从事独立研究工作。主要从事过渡金属催化的惰性化学键活化及烯炔的官能团化反应研究。迄今为止国际主流学术期刊Angew. Chem. Int. Ed., Org. Lett., Org. Chem. Front., Chem. Eur. J.等发表论文多篇。

欢迎硕士研究生、博士研究生的积极报考。

Email: yanglee@mail.xjtu.edu.cn.

 

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