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上海沃凯生物技术有限公司:可见光促进的镍催化苄位C-H胺化反应研究

可见光促进的镍催化芐位C-H胺化反应研究

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引用本文周少方,凌芳,丁海全. 可见光促进的镍催化苄位C-H胺化反应研究[J].化学试剂, 2023, 45(8): 136-144.
DOI10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0290

背景介绍


苄胺类化合物是一类重要的有机结构单元,广泛存在于生物活性分子和天然产物中。苄胺基团的引入可以有效地增加分子的生物活性,加快生物活性分子的发现过程,并可以进一步促进对天然产物衍生候选药物的探索。目前报道的酰胺合成方法存在诸多不足,如催化剂昂贵、反应选择性差、适用性低等,因此开发反应条件温和、使用范围广泛、反应步骤简易、原材料简单的合成方法非常重要

本文亮点

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1、本文通过光/过渡金属催化实现了一系列苄位C-H键化合物与磺酰基叠氮或者酯基叠氮类化合物的反应,对催化剂、添加剂、配体及其用量进行了考察,得到了最佳反应条件,并获得了良好的产率

2、文章对底物进行了拓展,成功合成了一系列苄基胺类化合物,在此反应中底物的范围较广,有着良好的普适性,为苄基含氮类化合物的合成提供了一种绿色、高效的光催化反应方法

3、本方法具有较高的区域和位点选择性,可以用于一系列苄位磺酰胺类化合物的合成


内容介绍

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1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

1.2 实验方法

1.2.1 苄基磺酰胺化合物的合成通法

方法一:在10mL反应管中加入0.0025g(0.004mmol)三联吡啶二氯化钌、0.018g(0.06mmol)二溴化镍、0.015g(0.072mmol)2,9-二甲基-1,10-菲啰啉、0.4mmol磺酰基叠氮,抽空换气3次,使反应管中处于惰性气体氛围;在惰性气体保护下,加入1mL乙腈,逐滴加入0.028g(0.6mmol)三氟化硼乙醚配合物,搅拌5min使反应体系混合均匀,加入0.2mmol苄位C—H化合物,在400nm蓝色LED灯照射下室温反应24hTLC跟踪反应直至完全结束。反应结束后得到的粗产物经柱层析分离(V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1:20),得到目标产物。
方法二:在10mL反应管中加入0.0026g(0.004mmol)三(2-苯基吡啶)合铱、0.012g(0.04mmol)二溴化镍、0.01g(0.048mmol)2,9-二甲基-1,10-菲啰啉、0.4mmol磺酰基叠氮,抽空换气3次,使反应管中处于惰性气体氛围;在惰性气体保护下,加入1mL乙腈,逐滴加入0.028g(0.6mmol)三氟化硼乙醚配合物,搅拌5min使反应体系混合均匀,加入0.2mmol苄位C—H化合物,在400nm蓝色LED灯照射下室温反应24hTLC跟踪反应直至完全结束。反应结束后得到的粗产物经柱层析分离(V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶20),得到目标产物。
1.2.2 结构表征
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2 结果与讨论

2.1 制备/合成条件优化

2.1.1 催化剂及添加剂筛选

首先以六氟磷酸三联吡啶钌(Ru(bpy)3PF6)作为光催化剂,通过选用不同的金属催化剂和添加剂对苄位C—H键直接胺化反应进行了尝试,结果如表1所示。当选用四乙腈四氟硼酸铜作催化剂时,反应可以发生并以8%的产率得到目标产物,加入碱产率可以增加到10%,但未有明显提升。随后将催化剂更换为Ni,分别选用二氯化镍和二溴化镍乙二醇二甲醚配合物为催化剂,产率得到明显提升,特别是加入三氟化硼乙醚配合物为添加剂,产率可以提升到25%。在此条件下,同时对其他溶剂进行了尝试,在二氯甲烷(DCM)中反应可以发生,但仅检测到极少量的目标产物。其他溶剂,如四氢呋喃(THF)、苯(PhH)和三氟甲苯(PhCF3)中均未检测到目标产物。

2.1.2 配体对反应的影响

在得到了初步的反应结果后,又在反应体系中加入配体,通过配体与金属配体改变金属的电子性质来进一步调控反应。分别选用菲罗啉类、联吡啶类以及双膦配体对反应进行尝试,结果见表2。菲罗啉类配体的氮邻位有供电子基团甲基时可以使产率得到明显提高,比如当选用L2L4为配体时,产率可分别达到50%、40%。无取代基或者氮对位有供电子取代基时产率会下降。联吡啶类配体对反应没有明显效果。双膦配体L8对反应影响不大,产率提升并不明显。由此表明,当配体上具有供电子基团时可以显著增加反应产率。

2.1.3 催化剂、添加剂对反应的影响

最后对反应中催化剂、添加剂及配体用量进行了调整,结果见表3。将光催化剂用量降低至2mol%,添加剂用量增加至300mol%,同时增加过渡金属催化剂及配体的用量产率可以达到76%,将光催化剂替换为Ru(bpy)3Cl2时产率可以达到83%

2.1.4 反应条件控制实验

在得到了最佳反应条件后,也对反应条件进行了控制实验,结果见表4。过渡金属铱光催化剂也可以促进反应发生,但仅三(2-苯基吡啶)合铱Ir(ppy)370%的产率得到目标产物(表4,Entry 4)。其他两种铱光催化剂会使反应产率明显降低(表4,Entries 23)。染料类光催化剂,如亚甲基蓝、曙红B和曙红Y均难以使反应发生,未检测到目标产物的生成,仅为原料保留(表4,Entries 5~7)。吖啶盐为光催化剂时,原料可以消耗完毕,但并未得到目标产物,这可能是由于吖啶盐类光催化剂有较高的氧化能力,将原料过度氧化。另外当反应中减少任何一种物质,反应都难以发生。因此,添加剂、光及共催化剂在反应中起着关键作用,降低光的波长,使用465nm波长光时,产率会有明显下降。另外,当不加入光催化剂时,反应也是可以发生的,但是产率有显著下降,仅为40%

2.2 反应底物拓展

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3 结论

本文通过光/过渡金属催化实现了一系列苄位C—H键化合物与磺酰基叠氮或者酯基叠氮类化合物的反应,对催化剂、添加剂、配体及其用量进行了考察,得到了最佳反应条件,并获得了良好的产率。同时对底物进行了拓展,成功合成了一系列苄基胺类化合物,在此反应中底物的范围较广,有着良好的普适性,为苄基含氮类化合物的合成提供了一种绿色、高效的光催化反应方法。后续的反应机理仍在研究中。


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