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原创丨彤心未泯(学研汇 技术中心)
编辑丨风云
交叉偶联反应是现代有机合成中最重要的转化之一。尽管考虑到不同的反应方案,已报道的(杂)芳基卤化物和亲核试剂的偶联范围非常大,但不同化合物的反应条件差异很大,需要重新逐个优化反应条件。
有鉴于此,德国雷根斯堡大学Indrajit Ghosh(一作兼通讯)等人介绍了在可见光驱动的氧化还原反应条件下,用于一般C(sp2 ) -(杂)原子偶联反应的镍自适应动态均相催化(AD-HoC)。该催化体系的自调整性质允许在交叉偶联反应中对几十种不同类型的亲核试剂进行简单的分类。这在9个不同的成键反应(C(sp2)-S,Se,N,P,B,O,C(sp3、 sp2、sp),Si,Cl)和数百种合成反应中在可预测的反应条件下得到了综合证明。催化反应中心和条件因所加入的亲核试剂或所需的廉价胺碱的不同而不同。
常用亲核试剂的一般分类
作者报告了自适应动态在可见光驱动的氧化还原反应条件下,镍的均相催化(AD-HoC)用于一般C(sp2)–(het)原子偶联反应。作者总结了常用亲核试剂的一般分类以及在光氧化还原反应条件下使用 AD-HoC 与镍进行偶联反应的工作策略。成功的交叉偶联反应分别依赖于环己胺或 1,1,3,3-四甲基胍 (TMG) 作为添加剂的存在。它们的存在协调了具有催化能力的镍配合物的形成和亲核试剂的协调,以实现有效的交叉偶联反应。
图 镍与AD-HoC进行交叉偶联反应的常用亲核试剂的一般分类
C(sp2)–Br交叉偶联反应中的亲核试剂范围
作者从代表C(sp2)–S交叉偶联反应中的环己硫醇开始合成研究,亲核试剂显示出与镍配位的主要趋势。DABCO的加入显着加速了反应,以极佳的产率得到所需的产物。同样,亚砜亚胺、苯甲脒和一系列杂环,显示出类似的反应模式,以良好到极好的分离收率提供所需的产品。值在可见光驱动的氧化还原反应条件下,AD-HoC与镍对一系列与阴离子的偶联反应非常有效,允许将廉价的商业大宗化学品有效转化为有价值的官能团。使用氰酸钠或叠氮化钠作为亲核试剂,可以将简单的阴离子有效地原位转化为有价值的官能团。
图 C(sp2)–Br交叉偶联反应中的亲核试剂范围
官能团与杂院芳烃的嫁接
作者通过实验结果表明无需任何常规配体、碱或添加剂即可实现成功的交叉偶联反应。通过二级质谱证实了含有Ni(I)和Ni(III)物质及其相互连接的多核复合物的形成。在光氧化还原催化反应条件下,Ni(II)物种被还原为Ni(I)络合物,这允许(杂)芳基卤化物氧化加成形成Ni(III)物种。随后的还原消除产生相应的交叉偶联产物。
图 使用简单的亲核试剂/阴离子将有价值的官能团嫁接到(杂)芳烃上
合成转化实例
在可见光驱动的氧化还原反应条件下,含镍的AD-HoC被证明可高效用于复杂生物相关分子的功能化或合成杂芳烃、药物以及有价值的药物和农药中间体,涵盖了美国食品和药物管理局批准的药物中发现的许多特权基序。应用包括氨基酸、核苷和药物在其各自的S、N或O原子处的(杂)芳基化。当转向双功能化反应,形成一个或两个不同的化学键以快速构建分子复杂性时,AD-HoC与镍和可见光驱动的氧化还原过程的简单性、多功能性和可预测性变得更加明显。
图 生物相关分子的功能化、以及两步合成转化的示例
参考文献:
Ghosh, I., Shlapakov, N., Karl, T.A. et al. General cross-coupling reactions with adaptive dynamic homogeneous catalysis. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06087-4