南京工业大学姜耀甲教授和罗德平教授课题组:通过缩环及烯烃复分解反应“一锅法”合成2-取代氮杂环丙烯衍生物

上一篇 / 下一篇  2018-05-10 13:41:47/ 个人分类:人物与科研

南京工业大学姜耀甲教授和罗德平教授课题组:通过缩环及烯烃复分解反应“一锅法”合成2-取代氮杂环丙烯衍生物


导语

2005年,诺贝尔化学奖授予Yves Chauvin, Robert H. Grubbs 和Richard R. Schrock,以表彰他们对烯烃复分解反应的机理研究以及一系列高效的烯烃复分解催化剂的开发所作出的杰出贡献。多年来Hoveyda-Grubbs-II一直是实现烯烃复分解反应的重要催化剂,由于该反应条件温和、选择性好、时间短且效率高,被广泛应用于药物研发和先进聚合物材料等化学工业领域。光催化反应作为一类绿色清洁温和的反应,近几年来一直受到有机化学家的关注,其中钌催化剂是光催化反应中较常用的催化剂。如何将光催化反应和烯烃复分解反应结合起来(即在光照条件下同时实现烯烃复分解反应和其他重要官能团的转化),仍然是当前有机合成领域的一个挑战性的课题。南京工业大学化学与分子工程学院、先进化学制造研究院姜耀甲教授和罗德平教授课题组在前期研究基础上,首次实现了这一想法:在可见光照条件下,运用Hoveyda-Grubbs-II催化剂实现了异噁唑缩环和烯烃复分解 “一锅法”反应,合成了多官能团2­H-氮杂环丙烯类衍生物(DOI: 10.1021/acs.orglett.8b00971)


罗德平(Teck-Peng Loh)教授简介

Organic letters                     南京工业大学                     姜耀甲教授和罗德平教授课题组                     缩环                     烯烃复分解反应                     2-取代氮杂环丙烯衍生物


罗德平(Teck-Peng Loh)教授,男,国际著名化学家,中组部千人计划获得者,新加坡国家科学院院士,马来西亚科学院院士,南洋理工大学化学系创建者。1994年获得美国哈佛大学博士学位,1994年至2005年,先后担任新加坡国立大学助理教授、副教授和教授。2005年起加入新加坡南洋理工大学,由其组建的数理学院化学与生物化学系在短短十年内一跃成为名列世界前茅的知名院系,他也被聘为终身教授。2010年入选中组部“千人计划”专家。2016年加盟南京工业大学,担任化学与分子工程学院、先进化学制造研究院院长。2004年获新加坡国立大学研究优秀奖(个人);2007年获南洋理工大学研究与创新奖(个人);2009-2015年获亚洲核心计划讲座奖;2010年获南洋理工大学数理科学学院(SPMS)优秀教学奖;2010年获GSK-SNIC有机化学奖;2017年获得日本第三届吉田奖(Yoshida Prize);2018年当选为新加坡科学院院士。罗德平教授的研究兴趣涉及有机合成的各个领域,包括绿色化学、不对称催化、新的有机合成方法学、生物质转化、有生物活性的天然产物分子的全合成。罗教授已经在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed. 等国际著名化学期刊发表高水平论文300余篇,其中影响因子大于10的文章60余篇;在药物合成方面的专利授权逾10项。罗德平教授还受邀担任The Journal of Organic ChemistryAsian Journal Organic Chemistry副主编以及多个国际期刊编委或顾问。


姜耀甲教授简介


Organic letters                     南京工业大学                     姜耀甲教授和罗德平教授课题组                     缩环                     烯烃复分解反应                     2-取代氮杂环丙烯衍生物


姜耀甲,博士,南京工业大学教授。2014年毕业于新加坡南洋理工大学,获得有机化学专业博士学位,师从罗德平教授,主要研究方向是过渡金属催化的活泼中间体(卡宾,氮卡宾以及自由基)在杂环化合物合成中的应用。2015年加入南京工业大学化学与分子工程学院和先进化学制造研究院开展独立研究工作,从事过渡金属催化的有机合成方法学研究。以第一作者或通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc.,Chem Sci.,Chem. Commun.Org. Lett.等期刊发表文章10余篇。目前主要研究兴趣包括:(1)光催化杂环化合物合成及其应用;(2)过渡金属催化的C-H键官能化反应。


前沿科研成果:通过缩环及烯烃复分解反应“一锅法”合成2-取代氮杂环丙烯衍生物



Organic letters                     南京工业大学                     姜耀甲教授和罗德平教授课题组                     缩环                     烯烃复分解反应                     2-取代氮杂环丙烯衍生物
“一锅法”合成2-取代氮杂环丙烯衍生物

(来源:Org. Lett.


烯烃复分解反应在天然产物和药物合成中受到越来越多的关注,其传统反应需要在特定溶剂(如苯或二氯甲烷)中加热回流,反应条件较为苛刻,限制了底物多样性的拓展。近日,姜耀甲教授和罗德平教授课题组开发了一种光照条件下,5-氨基异噁唑和1,2-不饱和烯烃发生缩环/烯烃复分解反应的新方法:即5-氨基异噁唑先缩环生成2H-氮杂环丙烯,然后和1,2-不饱和烯烃化合物发生烯烃复分解反应,首次实现了Hoveyda-Grubbs-II催化剂在可见光作用下的反应。


首先,异噁唑在催化剂作用下,通过绿光照射,在溶剂乙醇中缩环生成2H-氮杂环丙烯,该反应对多种官能团(如烷基、芳基、杂环和双键等)都具有较高的催化效率。值得注意的是:该反应可以进一步应用于大规模合成中,当3-苯基异噁唑的反应量放大到10 mmol之后,反应收率仍能达到92%,这为进一步的工业应用提供了可能。


Organic letters                     南京工业大学                     姜耀甲教授和罗德平教授课题组                     缩环                     烯烃复分解反应                     2-取代氮杂环丙烯衍生物

aConditions: 0.2 mmol 1 and 1 mol % HG-II in EtOH (2 mL) were stirred under irradiation of 36 W green LEDs at room temperature. bIsolated yields. c10 mmol scale.

异噁唑的缩环反应

(来源:Org. Lett.


其次,在Hoveyda-Grubbs-II催化剂作用下2-氨基异噁唑和1,2-不饱和烯烃化合物发生缩环和烯烃复分解的“一锅法”反应,高效地生成了多官能团取代的2H-氮杂环丙烯衍生物。该反应对于芳基、烷基和杂化取代的异噁唑底物的都有较好的适应性。值得注意的是,无论烯丙基链接在碳原子上还是氮原子上,该反应都可以顺利进行。该反应也可以进一步放大到 1 mmol的原料进行反应,并以82%的收率得到目标产物。因此,该种方法有望成为合成该类化合物高效的通用方法。


Organic letters                     南京工业大学                     姜耀甲教授和罗德平教授课题组                     缩环                     烯烃复分解反应                     2-取代氮杂环丙烯衍生物

aConditions: (0.2 mmol), 3 (2.0 mmol) and 2 x 5 mol % HG-II in CH2Cl2 (2 mL) were stirred under irradiation of 36 W green LEDs at room temperature. bIsolated yields. c10 mmol scale.


异噁唑的“一锅法”反应

(来源:Org. Lett.


最后,作者探讨了该反应的两种可能反应机理:A路径,光照下钌催化剂被激活,与异噁唑环的氮原子和氨基的氮原子发生配合,通过单电子转移发生N-O键断裂得到离子中间体,再经历自由基加成得到三元环中间体,三元环中间体失去一个电子给钌,钌回至基态,并得到2H-氮杂环丙烯,然后发生烯烃复分解反应。B路径,被激活的钌催化剂对异噁唑环发生N-O键的插入,形成钌的六元环中间体,重排为四元环中间体,再发生还原消除形成2H-氮杂环丙烯,然后发生烯烃复分解反应。作者进一步开展控制实验,结果表明如果异噁唑环的5号位没有氨基,缩环反应无法进行,推测氨基的氮原子与催化剂的配合在反应中起到了决定性的作用。而在反应中加入一些自由基抑制剂(TEMPO,DEMPO,BHT)之后,反应可以正常进行,排除了自由基的可能性。依据上述结果,推测该反应最有可能经历反应路径B。


Organic letters                     南京工业大学                     姜耀甲教授和罗德平教授课题组                     缩环                     烯烃复分解反应                     2-取代氮杂环丙烯衍生物

可能的反应机理

(来源:Org. Lett.


该项研究成果发表在Organic letters(DOI: 10.1021/acs.orglett.8b00971),硕士生戈云是该文章第一作者,姜耀甲教授和罗德平教授为共同通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金青年基金(21702108)、江苏省自然科学基金面上项目(BK20160977)的资助,同时还得到南京工业大学的科研启动经费支持。原文来自http://www.chembeango.com/news/art?id=19859看更多新鲜有趣资讯,搜ChemBeanGo!


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