研究论文介绍

「Spotlight Research」-新型双功能硫亚胺试剂实现氮杂环的模块化合成

本文作者:石油醚

本次的研究聚焦是来自Max-Planck-Institut für KohlenforschungTobias Ritter教授课题组的研究。该论文发表在Nature chemistry期刊上,由Max-Planck-Institut für KohlenforschungTobias Ritter教授指导,程强博士为第一作者完成,Tobias Ritter教授发展了一类新型双功能硫亚胺试剂,实现从烯烃出发模块化合成多种类型氮杂环。

“Bifunctional sulfilimines enable synthesis of multiple N-heterocycles from alkenes.

Qiang Cheng, Zibo Bai, Srija Tewari & Tobias Ritter*

Nature Chemistry, 2022, ASAP, doi: 10.1038/s41557-022-00997-y

下面我们一起来看看这项研究相关的故事吧!

Q1. 作为这一次的采访対象,请给大家简单介绍一下你的研究

氮杂环种类繁多,结构多样,是材料、药物、天然产物等分子中的常见结构,尤其是在药物分子中。从简单易得的烯烃出发实现结构丰富氮杂环的模块化合成具有重要的意义。我们发展了一类新型双功能硫亚胺试剂,实现从烯烃出发模块化合成多种类型氮杂环(Fig.1)。该工作的亮点:

1)发展了新的基于二苯并噻吩骨架的双功能硫亚胺试剂,从简单原料出发一步合成得到,可作为烷基胺、酰胺、芳基胺等多种类型氮自由基的前体;

2) 首次实现从烯烃出发模块化合成吗啉、哌嗪、氮氧杂环庚烷、二氢噁唑等多种氮杂环;

3)直接构建氮上无保护基的氮杂环,减少上保护基以及脱除保护基等额外操作,更加高效地构建氮杂环;

4)高立体选择性构建并环、螺环等具有合成挑战性的杂环结构;

5)反应条件温和,可应用于药物分子的后期修饰;

6)自由基-极性交叉反应策略为杂环化合物合成提供新的思路。

Figure 1. Bifunctional sulfilimines for synthesis of various N-heterocycles. (Picture from nature chemistry)

Q2. 有关本次研在研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢?

我们的初始反应条件使用的是布朗斯特酸作为硫亚胺试剂的活化剂,使用苯乙烯作为底物的时候反应能给出很好的结果,但是一旦拓展到其他烯烃,即使是苯环上稍微改变取代基,使用4-甲氧基苯乙烯的时候,反应体系很混乱,无法获得吗啉结构。我们通过分析和文献查阅,发现强质子酸条件下苯乙烯类化合物更容易发生聚合。于是我们将硫亚胺试剂的活化试剂转向路易斯酸,通过不断尝试,最终发现三氟甲磺酸铋既能有效活化硫亚胺试剂,并在光催化条件下生成相应的氮自由基,又能够抑制烯烃聚合副反应的发生,所以三氟甲磺酸铋在反应中起到了至关重要的作用。

Q3. 本次研究主体,有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢?

文章中我们尝试使用结构复杂多样的烯烃进行成环反应,对于多取代烯烃势必会带来非对映选择性控制的问题,目前看来我们发展的氮杂环合成方法具有很好的非对映选择性控制,不过这个过程中最为辛苦和烧脑的莫过于确定产物的相对构型。对于大部分含有多个手性中心的杂环产物,我们都进行了全谱解析,最终都能通过NOE来确定产物的相对构型。

Q4. 将来想从事什么样和化学相关的研究

将来倾向于把研究工作重点放在开发能够应用于药物、材料等复杂分子后期修饰的新方法上。希望我们发展的方法学能成为有用的化学。

Q5. 最后、有没有对读者说的话?

 “山重水复疑无路,柳暗花明又一村”是大部分科研工作者完成课题的心路历程,希望未来我们能继续坚定信念,做好迎接挑战的准备,向自己设立的目标不断前进,即使需要付出一生的努力。

第一作者

程强博士

教育背景:

2009-09 -2013-07, 四川大学, 化学, 学士

2013-09 至 2018-06, 中科院上海有机化学研究所, 有机化学, 博士,导师:游书力研究员

2018-09 至 2021-12, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung,合作导师:Tobias Ritter

2022-02 至 今, 在站, WWU Münster,合作导师:Armido Studer

获奖经历

  1. 德国洪堡学者基金 (2019-2021)
  2. 中国科学院长优秀奖( 2018)
  3. 上海市 优秀毕业生( 2018)
  4. 博士研究生国家奖学金( 2017-2018)

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