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碳氢键氧化是把有机分子直接转化为带有羟基或羰基官能团的产物的反应。通过碳氢键氧化不仅可以把廉价化工原料转化为更高附加值精细化工产品和药物中间体,还可以对药物分子或复杂天然产物进行直接氧化官能团化。受限于催化选择性氧化方法的发展,目前,最常用碳氢键氧化方法仍然利用剂量强氧化剂,例如:CrO3、Na2CrO4、KMnO4、等,获得氧化反应产物。利用强氧化剂对有机分子的氧化存在着分子中其他官能团与体系不能兼容、反应产生大量废弃物等问题。基于生物氧化酶作用和功能的启发,Que最早发展了[Fe(TPA)(CH3CN)2]2+{attr}3133{/attr},并以H2O2为氧化剂条件下,实现了选择性催化氧化。随后,White,Costas, Bryliakov,Sun等研究小组发展了不同的铁和锰催化剂,取得了显著的进展。目前,尽管简单有机分子苄基位碳氢键氧化已有多种方法报道,芳环烷基链上带有多种官能团分子苄基催化氧化仍存在着底物官能团的兼容性、催化剂活性、反应的选择性、反应是否环境友好、等方面挑战。值得注意的是芳环烷基链上带有多种官能团分子的氧化产物在药物分子和材料化学合成中具有更为广泛的用途。
实现高效碳氢键氧化关键是要发展高活性和选择性催化剂。在Rybak-Akimova研究小组利用联哌啶骨架合成四齿含氮配体与铁配位的催化剂用于烯烃的环氧化反应基础上,陕西师范大学李超群教授和英国利物浦大学肖建良教授研究小组发展了新型联哌啶四齿含氮配体与锰配位的催化剂并用于苄基位碳氢键氧化反应。研究发现,配体的结构对催化剂活性有显著影响,所得内消旋的联哌啶骨架的锰催化剂(meso-1)在碳氢键氧化反应中表现极低的活性;相反,外消旋的联哌啶骨架的锰催化剂(rac-1)在反应中表现出高的活性和选择性。此外,吡啶环上引入取代基对催化剂活性也具有显著影响,吡啶环上带有两个甲基的锰催化剂具有最好的苄基位碳氢键氧化活性和选择性。 在最优条件下,作者对芳环烷基链上带有多种官能团分子进行底物范围选择性考察。结果表明该催化体系对芳环烷基侧链上带有羧基、酯基、酰胺、酮、氰基、炔基、保护的醇、保护的胺、保护的氨基酸、等官能团都能够很好的兼容;相应的底物都能够被完全氧化获得单一的氧化产物。保护的氨基酸不仅能够完全氧化得到对应产物,而且在反应中手性得到完全保留。 由于胺作为官能团广泛存在于有机化合物之中,并且对含胺分子苄基位直接氧化可以转化为更为有用的产物,或得到具有生物活性分子,作者考察了芳环烷基链上带有烷基一级胺底物的苄基位碳氢键氧化。结果表明在乙酸作为溶剂的条件下,能够实现对芳环带有不同取代基、不同链长、烷基侧链带有不同取代基的一级烷基胺底物苄基位碳氢键的高效氧化。反应中乙酸与胺成盐,钝化胺的α-位碳氢键,从而实现对胺远程苄基位碳氢键氧化,得到芳基酮胺中间体产物,分子内环化得到环状亚胺产物。 在完成一级烷基胺底物苄基位碳氢键氧化反应的基础上,作者研究了芳环烷基链上带有三级烷基胺底物的直接碳氢键氧化反应。结果表明在乙腈作为溶剂并在添加氯乙酸的条件下,一系列具有药物活性的化合物, 例如氟哌啶醇和仑哌隆, 可以直接催化氧化合成。 在该工作中,陕西师范大学李超群教授和利物浦大学肖建良教授研究小组发展了新的锰催化剂并应用与芳环烷基链上带有多种官能团分子的苄基位氧化,实现了对一系列带多种官能团底物高选择性苄基位氧化合成多种芳基酮、环状亚胺的反应。该反应具有底物类型宽广、效率高、选择性好、环境友好、易于操作、等优点。优越的催化反应活性和选择性得益于所发展的新型锰催化剂。 论文信息 Chemoselective Oxyfunctionalization of Functionalized Benzylic Compounds with a Manganese Catalyst Jimei Zhou; Minxian Jia; Menghui Song; Zhiliang Huang; Alexander Steiner; Qidong An; Jianwei Ma; Zhiyin Guo; Qianqian Zhang; Huaming Sun; Craig M. Robertson; John Bacsa; Jianliang Xiao; Chaoqun Li Angewandte Chemie International Edition
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