研究论文介绍

Angew:锰催化的无受体脱氢偶联反应方法学研究

作者:杉杉

导读:

近日,印度Kolkata科学教育与研究所 (Indian Institute of Science Education and Research Kolkata)的B. Maji课题组在Angew. Chem. Int. Ed.中发表论文,报道一种全新的通过锰催化剂促进的EG (ethylene glycol)与一级醇之间的无受体脱氢偶联 (acceptorless dehydrogenative coupling)反应方法学,进而成功完成一系列α-HCA (α-hydroxycarboxylic acid)分子的构建。

Sustainable Synthesis of α-Hydroxycarboxylic Acids by Manganese Catalyzed Acceptorless Dehydrogenative Coupling of Ethylene Glycol and Primary Alcohols

S.Waiba, K.Maji, M. Maiti, B. Maji, Angew. Chem. Int. Ed2023, ASAP. doi: 10.1002/anie.202218329.

正文:

α-HCA (α-hydroxycarboxylic acid)结构单元广泛存在于各类药物以及生理活性分子中。目前,已经成功设计出多种构建α-HCA分子的合成转化策略 (Figure 1A) [1]-[2]。然而,通过原子经济与可持续性的反应策略构建α-HCA分子的研究,目前却较少有相关的文献报道 (Figure 1B) [3]-[4]。这里,印度Kolkata科学教育与研究所的的B. Maji团队报道一种全新的通过锰催化剂促进的乙二醇与一级醇之间的无受体脱氢偶联反应方法学 (Figure 1C)。首先,作者首先提出一种合理的机理假设 (Figure 1D)。

同时,作者采用乙二醇1a与正丁醇2a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:采用Mn-III作为催化剂,KOH作为碱, tBuOH作为反应溶剂,反应温度为140 oC,最终获得99%收率的α-HCA产物3

在上述的最佳反应条件下,作者对一系列一级醇底物 (Figure 2)的应用范围进行深入研究。

之后,该小组通过如下的一系列研究进一步表明,这一全新的脱氢偶联策略具有潜在的合成应用价值 (Table 2与Figure 3)。

基于前期相关的文献报道[5]-[7],作者提出如下合理的反应机理 (Figure 4A)。同时,作者通过氘标记实验研究表明,反应过程中,存在一种快速的氢化与去氢平衡。同时,在上述的反应条件下,伴随碱促进的酮-烯醇互变异构化过程,进而出现氘同位素的置乱分布 (Figure 4B)。之后,作者对反应过程中可能涉及的中间体进行进一步研究。实验表明,反应过程中涉及通过氢氧负离子参与的Cannizzaro反应步骤 (Figure 4C)。同时,该小组通过GC分析表明,反应过程中,形成氢气的同时,不会形成CO或CO2 (Figure 4D)。

总结:

印度Kolkata科学教育与研究所的B. Maji成功设计出一种全新的通过锰催化剂促进的EG与一级醇之间的无受体脱氢偶联反应方法学,进而成功完成一系列α-HCA分子的构建。这一全新的无受体脱氢偶联策略具有广泛的底物应用范围以及优良的官能团兼容性等优势。

 

参考文献:

  • [1] J. E. Patterson, I. R. Ollmann, B. F. Cravatt, D. L. Boger, C. H. Wong, R. A. Lerner, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 5938. doi: 10.1021/ja954064z.
  • [2] Y. Cao, D. Chen, Y. Meng, S. Saravanamurugan, H. Li, Green Chem. 2021, 23, 10039. doi: 10.1039/D1GC03057D.
  • [3] L. Shen, Z. Chen, Q. Zheng, J. Wu, X. Xu, T. Tu, ACS Catal. 202111, 12833. doi: 10.1021/acscatal.1c04354.
  • [4] S. Waiba, M. Maiti, B. Maji, ACS Catal. 2022, 12, 3995. doi: 10.1021/acscatal.1c05844.
  • [5] M. Schlagbauer, F. Kallmeier, T. Irrgang, R. Kempe, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 1485. doi: 10.1002/anie.201912055.
  • [6] Y. Gong, J. He, X. Wen, H. Xi, Z. Wei, W. Liu, Org. Chem. Front. 2021, 8, 6901. doi: 10.1039/D1QO01552D.
  • [7] R. Fertig, T. Irrgang, F. Freitag, J. Zander, R. Kempe, ACS Catal. 2018, 8, 8525. doi: 10.1021/acscatal.8b02530.

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