王毅、潘毅课题组在电化学的醇类脱氧芳基化取得重要进展

发布时间:2020-05-14浏览次数:19

最近,本院王毅、潘毅教授团队首次实现了电化学下各类醇的脱氧芳基化反应。这一成果以“Alkyl Carbazates for Electrochemical Deoxygenative Functionalization of Heteroarenes”为题在线发表在Angew. Chem. Int. Ed上(10.1002/anie.202001571)。

醇类化合物是化学工业中和实验室最常见的原料之一,其拥有着种类多样的分子结构,利用醇脱氧产生烷基自由基在有机化学中极具价值。然而醇的C-O键键能较高(BDE95 kcal/mol),很难裂解释放烷基自由基(•R)。传统的脱氧反应通常需要高温回流、有毒的锡试剂和金属催化剂,并且一级和二级醇往往不能兼容。2019年,王毅、潘毅团队实现了各类杂环的电化学硫化(ACS Catal. 2019, 9, 1630−1634)和电化学迁移反应(Org.Lett. 2019, 21, 1857-1862)。通过电化学的方式实现更温和的脱氧反应,对于醇类的活化和芳基的修饰是具有普遍意义的。

该团队发现,简单醇的肼基甲酸酯carbazate)能够氧化产生相应的酯基自由基(图一),这类反应往往集中在甲酯和乙酯,而对于其他醇的肼基甲酸酯往往不能得到烯烃加成的产物,因此作者猜测carbazate在产生酯基自由基后可能会进一步裂解产生烷基自由基。并且结合肼基在电化学条件下容易氧化离去的性质,作者开发了一种电化学氧化肼基甲酸酯裂解产生烷基自由基的新方法,实现电化学条件下醇的脱氧反应。

图一 反应设计

 

该反应对于各类简单的一级,二级,三级醇都能较好的适用,对于含手性碳的复杂天然醇也能得到目标产物。并且通过适当的增加反应电流和延长反应时间,可以将模板反应放大到克级规模(图二)。

图二 醇类底物拓展

 

该反应同时适用于嘧啶,吡嗪酮,异喹啉,喹唑啉,咖啡因等各类含氮杂环。对于连着给电子基团,吸电子基团以及N上连有环丙烷,酯基,芳基,氰基,含氧环烷烃等都能较好的兼容(图三)。

图三 含氮杂环的拓展

 

自由基捕获实验证实了叔丁基自由基的存在,同时使用肼基甲酸甲酯得到了甲酰氧基化的产物,证明了该反应中烷基自由基是由酯基自由基脱羧产生,循环伏安图表明肼基甲酸酯很容易在电化学条件下氧化引发并且多个氧化峰表明经历多次氧化。由此提出了相应的反应机理,肼基甲酸酯在阳极经历多次氧化脱氢生成重氮烯中间体C,然后再次氧化脱去一分子氮气生成自由基E,自由基E不稳定会进一步裂解脱去一分子二氧化碳生成烷基自由基F(图四)。 

图四 机理验证和反应机理

 

本文第一作者为2017级博士研究生高永源, 该工作得到国家自然科学基金(21772085 , 21971107)、配位化学国家重点实验室和江苏省先进有机材料重点实验室的经费资助。

全文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202001571