研究论文介绍

Green Chem.:远程C-H键羧基化反应方法学研究

作者:杉杉

导读:

近日,北京大学的莫凡洋课题组Green Chem.中发表论文,报道一种全新的通过可见光促进异羟肟酸 (hydroxamic acid)衍生物、CO2与烯基化合物之间或异羟肟酸衍生物与CO2之间的远程C-H键羧基化反应方法学,进而成功完成一系列羧酸分子的构建。

Photocarboxylation of remote C-H bond through nitrogen-centred radicals 1,5-hydrogen atom transfer

W.Li, B.Sun, L. Zhang, F. Mo,Green Chem. 2023, ASAP. doi: 1039/D3GC01426F.

正文:

近年来,通过HAT (Hydrogen Atom Transfer)路径促进的C(sp3)-H键位点选择性官能团化反应方法学的研究一直以来备受诸多研究团队的广泛关注 (Fig.1a) [1]-[2]。这里,受到近年来对于通过可见光促进的光氧化还原催化过程与1,5-HAT过程协同促进的C(sp3)-H键远程官能团化反应方法学[3]、通过amidyl自由基参与的C(sp3)-H键远程官能团化反应方法学 (Fig.1b)[4]、基于NCR (nitrogen-centered-radical) 中间体的1,5-HAT过程促进的远程C-H键官能团化反应方法学[5]、CO2参与的羧基化反应方法学[6]、异羟肟酸衍生物作为amidyl自由基前体参与的photocarboxylation反应方法学[7]相关研究报道的启发,北京大学的莫凡洋课题组成功设计出一种全新的通过可见光促进的异羟肟酸 (hydroxamic acid)衍生物、CO2与烯基化合物之间或异羟肟酸衍生物与CO2之间的远程C-H键羧基化反应方法学 (Fig.1c)。

首先,作者采用异羟肟酸衍生物1a与丙烯酸苄酯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(Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy))PF6作为光催化剂,DIPEA作为添加剂,Cs2CO3作为碱,Kessil 40 W blue LED可见光辐射,DMF作为反应溶,反应温度为室温,最终获得相应的羧基化产物3a

在上述的最佳反应条件下,作者分别对一系列异羟肟酸衍生物与烯基化合物 (Fig. 2)的底物应用范围进行深入研究。

同时,作者进一步发现,苄基异羟肟酸酯 (benzylic hydroxamic acid)衍生物,同样能够有效地参与上述的羧基化过程 (Fig. 3)。

之后,作者对远程苄基C-H键羧基化过程中的底物 (Fig. 4)的应用范围进行深入研究。

接下来,作者对上述羧基化过程的反应机理进行研究 (Fig.5)。

基于上述的实验研究以及前期相关的文献报道[2],作者提出如下合理的反应机理 (Fig.6)。

总结:北京大学的莫凡洋课题组成功设计出一种全新的通过可见光促进的异羟肟酸 (hydroxamic acid)衍生物、CO2与烯基化合物之间或异羟肟酸衍生物与CO2之间的远程C-H键羧基化反应方法学,进而成功完成一系列羧酸分子的构建。这一全新的远程C-H键羧基化策略具有温和的反应条件、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:

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