Angew. Chem. :镍催化羧酸的高选择性自由基交叉偶联构建C-C键

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在过去的几十年里,自由基-自由基交叉偶联作为一种高效构建化学键的直接方式受到研究工作者的广泛关注。然而,由于反应过程是通过扩散控制,通常会有两种自偶联产物和交叉偶联产物。传统两种自由基间选择性交叉偶联基于“稳态自由基效应”,即瞬态自由基和稳态自由基间动力学效应。这使得两种自由基前体需要合理地结构设计和挑选,因而限制了其在实际合成上的应用。


南京大学谢劲课题组长期致力于羧酸化合物的高效转化研究。在前期的光氧化还原催化羧酸化合物脱氧和脱羧研究工作基础上,该研究团队利用过渡金属镍对于光氧化还原过程中产生的两种自由基的依次捕获,突破了传统“稳态自由基效应”调控自由基-自由基偶联底物设计的限制,实现了羧酸化合物间的高选择性自由基交叉偶联构建C-C键。

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研究团队发现当使用NiCl2(DME)作为金属催化剂、三联吡啶作为配体时,可以很好地实现酰基自由基和烷基自由基间的高选择性交叉偶联。在底物拓展过程中,具有吸电子基或给电子基取代的芳香羧酸均能以较高的收率得到目标产物。同时,反应对NHPI酯一侧具有很好的官能团容忍性,一些天然产物羧酸衍生物和药物分子都能很好的兼容。

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值得注意的是,传统构建C(sp3)−C(sp3)键的方法通常受限于起始原料普适性和稳定性。研究团队发现在不加三苯基膦的条件下,以烷基羧酸作为底物,可以实现两种羧酸化合物间的双脱羧交叉偶联构建C(sp3)−C(sp3)键。当使用1-(4-甲氧基)-1-环丙烷羧酸作为底物时,可以一步温和地合成含有全碳季碳中心的化合物。

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最后,研究团队进行了一系列控制实验确认关键反应中间体和反应。通过电子顺磁共振实验成功地捕获到烷基自由基和酰基自由基。值得注意的是,在没有金属催化剂镍的条件下,外加1,1-二苯乙烯,作者成功的同时分离到了两种自由基分别自由基加成的产物。这进一步证实了反应过程中酰基自由基和烷基自由基的存在。

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南京大学谢劲课题组报道了一种光/镍协同催化下羧酸与其衍生物(NHPI酯)间选择性自由基-自由基交叉偶联反应。该反应为从市售羧酸中合成结构复杂的酮类化合物和具有全碳季碳中心的分子提供了一条实用的途径。同时,该策略展现出了较好地底物普适性和出色的官能团容忍性,为温和条件下构建C(sp2)-C(sp3) 或C(sp3)−C(sp3)提供了新方法。这一发现有助与研究人员进一步探索不同自由基间的选择性交叉偶联新方法。

文信息

Nickel-Catalyzed Highly Selective Radical C−C Coupling from Carboxylic Acids with Photoredox Catalysis

Bo Ling, Shunruo Yao, Shengmao Ouyang, Haonan Bai, Xinyi Zhai, Prof. Dr. Chengjian Zhu, Prof. Dr. Weipeng Li, Prof. Dr. Jin Xie

南京大学2021级博士生凌搏为该论文的第一作者,朱成建教授,李伟鹏助理教授,谢劲教授为该论文的通讯作者。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202405866


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