可见光/廉价金属协同催化惰性C(sp3)–H键的选择性官能团化

厦门大学化学化工学院龚磊课题组在可见光/廉价金属协同催化区域、立体选择性C(sp3)–H官能团化研究中取得进展,相关结果Photocatalytic regio- and stereoselective C(sp3)–H functionalization of benzylic and allylic hydrocarbons as well as unactivated alkanes于近日发表于《自然催化》(Nat. Catal. 2019, DOI: 10.1038/s41929-019-0357-9)。

C(sp3)–H键的直接官能团化具有原子、步骤经济、原料来源丰富等特点,备受合成化学家的青睐。然而,这些化学键的高键能、低极性等特征使其反应性差;相近能量化学键的存在也使反应的选择性难以控制。因此,C(sp3)–H键的直接、选择性转化一直是有机合成中的难题。其中,实现纯碳氢化合物、特别是未活化烷烃的选择性C(sp3)–H官能团化对于烃类资源的优化利用具有战略性的意义,但目前尚无有效且经济、温和的方法。

课题组基于近期在手性廉价金属配合物催化自由基可控不对称合成方面的工作基础(Nat. Commun. 2019, 10, 3804 J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 15850 Chem. Sci. 2018, 9, 4562),提出了手性铜、镍、钴配合物与商业化醌类可见光氢转移催化剂共催化的策略,在极为温和的光反应条件下,实现了石油、天然气中原材料向高附加值手性化合物的区域、立体选择性转化,为烃类资源的优化利用及药物分子的后期改造提供了有效手段,也为纯烃分子作为反应试剂直接使用提供了新思路。

该方法适用于苄基、烯丙基类化合物、环烷烃、链烷烃等40余种烃类分子,具有优异的产率(up to 97% yield)、区域选择性(up to 50:1 r.r.)和对映选择性(up to 99.5% e.e.),也适用于一些药物及生物活性分子(如celebrexskelaxin等)的后期官能化中。反应产物还可通过简单的方法转化为手性α-氨基酸衍生物、β-氨基醇等重要分子,并保持其光学纯度。此外,廉价金属/氢转移光催化剂体系也展现了通过改变催化剂金属中心获得手性反转产物的独特现象,为立体发散性合成提供了极为简便的策略。

  本工作由龚磊副教授指导,实验部分由2016级博士生李延军和已毕业硕士生雷梦合作完成,研究工作得到国家自然科学基金(21572184)、福建省杰出青年基金(2017J06006)、南强青年拔尖人才计划(B类)、厦门大学校长基金(20720190048)等项目支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41929-019-0357-9


发布日期:2019/10/14 发布者:网站管理员 点击数:166