研究论文介绍

JACS:光电化学催化的对映选择性脱羧氰化反应方法学研究

本文作者:杉杉

导读:

近日,厦门大学的徐海超与郑州大学的宋金帅课题组在J. Am. Chem. Soc.中发表论文,首次报道一种全新的在光电化学催化条件下,通过羧酸衍生物参与的对映选择性脱羧氰化反应方法学,进而成功完成一系列手性腈分子的构建。

Photoelectrochemical Asymmetric Catalysis Enables Direct and Enantioselective Decarboxylative Cyanation

X. .Lai, M.Chen, Y. Wang, J. Song, H. Xu, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 44, 20201. doi: 10.1021/jacs.2c09050.

正文:

目前,有机合成化学家已经成功设计出多种不同类型的脱羧反应策略[1]-[3]。然而,对于羧酸分子参与的不对称脱羧反应方法学,目前却较少有相关的研究报道[4]-[6]。这里,受到近年来对于采用NHPI (N-hydroxyphthalimide)酯参与的氧化还原中性 (redox neutral)或还原不对称脱羧反应方法学[7]-[8](Figure 1A)、NHPI酯参与的对映选择性光催化脱羧氰化方法学[9] (Figure 1B)、分子光电催化 (photoelectrocatalytic)或电光催化 (electrophotocatalysis)[10]-[11]、光电催化的对映选择性苄基C-H氰化反应方法学[12]、光电催化条件下,通过杂环芳香分子参与的脱羧烷基化[13]反应方法学相关研究报道的启发,厦门大学的徐海超与郑州大学的宋金帅团队成功设计出一种全新的光电化学催化条件下,通过羧酸衍生物参与的对映选择性脱羧氰化反应方法学 (Figure 1C)。

首先,作者采用羧酸衍生物1作为模型底物,进行相关反应条件的优化筛选(Table 1)。进而确定最佳的反应条件为:在无隔膜电解槽 (undivided cell,本实验中采用Schlenk 瓶代替)中,采用Ce(OTf)3与Cu(acac)2作为催化剂前体,L1作为手性配体,TMSCN作为氰源,n-Bu4NCl作为支持电解质,RVC (reticulated vitreous carbon)作为阳极,Pt作为阴极,在395 nm LED辐射条件下,控制电流为2 mA, MeCN/TFE/DCE (3:1:1 v/v/v)作为反应溶剂,反应温度为33 oC,最终获得98%收率的手性产物2 (86% ee)。

在上述的最佳反应条件下,作者对一系列羧酸底物 (Figure 2)的应用范围进行深入研究。

之后,该小组通过克级规模实验的研究,进一步表明,这一全新的对映选择性脱羧氰化策略具有潜在的合成应用价值 (Figure 3)。

接下来,作者通过CV实验 (Figure 4A)研究表明,与羧酸 (Ep/2 ox = 2.0 V vs SCE)相比,CeCl6 3− (Ep/2 ox = 0.43 V vs SCE) 能够在较低的电势条件下发生氧化。因此,通过电化学与光氧化还原催化过程的结合,使脱羧的氧化脱羧过程能够在更低的电极电势条件 (与羧酸的直接阳极氧化过程相比)下进行。同时,作者通过苄基自由基中间体的捕获实验 (Figure 4B)研究表明,Ce催化剂能够促进脱羧步骤的进行,并形成相应的苄基自由基;手性铜配合物能够参与自由基氰化反应过程。之后,该小组通过添加剂效应 (Figure 4C) 的相关研究表明,在上述的光电催化反应过程中,并未产生相应的氯自由基。基于上述的实验研究以及前期相关的文献报道[13]-[14],作者提出如下合理的反应机理 (Figure 4D)。

总结:厦门大学的徐海超与郑州大学的宋金帅课题组成功设计出一种全新的在光电化学催化条件下,通过羧酸衍生物参与的不对称脱羧氰化反应方法学,进而成功完成一系列手性腈分子的构建。这一全新的对映选择性脱羧氰化策略具有温和的反应条件、优良的对映选择性以及良好的合成应用价值等优势。

参考文献:

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