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蔡琥教授课题组在硝基芳烃胺化领域取得重要进展

作者:时间:2024-06-05
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      本网讯(通讯员张真)近日,我校化学化工学院蔡琥教授课题组在硝基芳烃与各类芳胺、脂肪胺直接偶联胺化领域再次取得重要进展。研究成果以“ Para -selective nitrobenzene amination lead by C(sp2)-H/N-H oxidative cross-coupling through aminyl radical”为题发表于国际顶级期刊Nature Communications (IF: 16.6)。350vip浦京集团为第一署名单位,我校张真博士、蔡琥教授与武汉大学雷爱文教授为共同通讯作者。该工作是我校化学学科在有机合成领域近年来取得的又一标志性成果。

芳基胺作为许多天然产物中的结构单元,广泛应用于医药、农药和多功能材料的合成,构筑C-N键以制备芳香胺类化合物已成为全球范围内学术界和工业界广泛关注的五大反应之一。早在20世纪初,过渡金属催化就在胺类化合物和卤代芳烃的偶联反应中崭露头角,如Ullmann芳胺化、Buchwald-Hartwig偶联和Chan-Lam偶联更是在这一领域中获得了非常广泛的应用。然而,尽管它们用途广泛,这些反应却离不开使用预制备卤代芳烃或者芳基硼酸酯,过渡金属催化剂和配体。从产物中去除过渡金属残留也一直是制药工业中长期面临的挑战之一。

蔡琥教授课题组首次实现了缺电子硝基芳烃与氮自由基之间C(sp2)-H/N-H键的高选择性偶联芳胺化反应,极大拓展了缺电子硝基芳烃与N自由基偶联反应的底物范围,解决了反应中化学和区域选择性的问题,建立了一系列C(sp2)-H/C-N键直接偶联的新颖且具有应用价值的反应体系(图示 1)。基于协同作用的Base/DMSO/O2氧化体系中,首先通过碱选择性夺取N-H键中的质子,随后O2可以温和且高效地氧化N负离子为N自由基。最终,N自由基能与多种有机化合物发生反应。该策略适用于伯、仲芳胺和伯、仲脂肪胺,提供了一种通用、温和且高效的新方法来获取N自由基。

相较于先前报道的方法,该策略在无需过渡金属催化剂和光电的条件下能够高效地构建C(sp2)-N键,为合成芳香胺类化合物提供了一种绿色、安全且高效的合成方法。此外,由于硝基芳烃具有商业可用性,该策略具备低成本和高原子经济性的优势,为实现工业上的转化应用提供了可靠保证。同时,在所得到的芳香胺类化合物中,硝基作为潜在反应位点不仅可以作为离去基团发生亲核取代反应,还可以作为偶联位点发生交叉偶联反应。

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图1. N自由基和硝基芳烃的高选择性偶联芳胺化反应示意图

此前,蔡琥教授课题组在脱氢活化构建C-C和C-杂键领域取得了一系列重要进展。团队成功开发了高反应活性胺类中间体的绿色安全高效策略,包括获取C自由基( Org. Lett. 2024,  26 , 304; Chem. Commun. 2024,  60 , 2669; Org. Lett. 2023,  25 , 1722)、N自由基( CCS Chem. 2024, 10.31635/ccschem.024.202303726)、α-烷基氨基自由基( Org. Chem. Front. 2023,  10 , 2714)、α-亚胺自由基( Chem. Commun. 2023,  59 , 5217)以及吡啶N阴离子( Org. Chem. Front. 2023,  10 , 3045)等。这些策略不仅为多种胺类化合物的合成提供了新的高效且环保的方法,也为涉及高反应活性胺类中间体参与的反应提供了新思路。

该工作得到国家自然科学基金委以及江西省科技厅的大力资助。

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原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-48540-6

编    辑:王  葳

责任编辑:涂金凤