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南开团队研发联芳基化合物高效合成新方法

来源: 南开新闻网     发稿时间: 2017-04-13 16:02

实现简单芳烃和芳基硼酸的高选择性偶联反应新突破

  南开新闻网讯(记者 马超)联芳基化合物在医药、农药、染料、新材料等领域被广泛应用,例如常见的消炎镇痛药物氟比洛芬和芬布芬,降血压药物氯沙坦,重磅抗心衰药物沙库必等都含有联芳基关键结构。长期以来,发展简便、高效的联芳基化合物合成方法一直是有机合成研究的热点问题。

  日前,南开大学化学学院叶萌春教授团队实现了简单芳烃和广泛使用的芳基硼酸试剂选择性偶联反应的突破,从而克服了传统联芳基化合物生产过程中反应利用率低、成本高、环境污染严重、反应产物不可控等问题,可以方便快捷地构建各类联芳基化合物。相关科研成果发表在材料与化学类龙头期刊《美国化学会志》。叶萌春为通讯作者,课题组博士生栾玉新为第一作者。

  传统的联芳基化合物的合成是通过两类预活化芳基底物(卤代芳烃和芳基金属试剂)直接偶联实现的,反应不仅需要原料的预活化额外步骤,而且偶联反应较高的废物排放,导致反应原子利用率低,成本高和环境污染严重。简单芳烃原料价廉易得,且反应原子利用率高,环境污染少,通过简单芳烃碳氢键直接进行芳基化反应来构建联芳基化合物受到了日益广泛的重视。但芳烃中的碳氢键不仅相对惰性,难于直接反应,而且数量多,性质相近,如何实现其选择性偶联是当前阶段面临的关键难题。目前,各类芳基化反应已经被陆续发展,选择性控制方面也取得了一定的成果,但是依然存在两个尚无法逾越的挑战:一方面,选择性控制手段主要局限于底物控制或者试剂控制,大大限制了底物、试剂的选择以及产物结构的多样性,亟需发展基于催化剂控制的通用性方法;另一方面,低毒、易操作、种类多样且广泛使用的芳基硼酸试剂的选择性偶联一直难以实现。

  受以往反应底物中一些酰胺官能团可以对反应选择性起到重要影响的启发,叶萌春团队大胆设想,能否将酰胺类结构作为配体引入到反应体系中,从而有效控制反应的选择性,实现催化剂控制的通用性偶联?通过广泛而深入的研究,团队最终发现包括N,N-二甲基乙酰胺在内的多种酰胺化合物均可以促进甲苯和芳基硼酸的高对位选择性芳基化反应,其中N,N-二甲基甲酰胺(常用有机溶剂,约30元/升)的控制效果最好。在最优反应条件下,甲苯与多种取代的芳基硼酸均能高效偶联生成联芳香化合物,且邻/间/对位选择性高达0.5/0.9/98.6,反应收率最高达到90%。除甲苯外,其他单取代芳烃,如乙苯、异丙苯、氟苯、氯苯等,以及二取代和多取代芳烃同样适用于该体系,得到对位选择性芳基化产物,显示了该方法的广泛实用性。

  “该反应条件温和(60 °C),操作简单,底物适用范围广,可以用来方便地合成各类取代的联芳基化合物。通用的催化剂控制方法不仅避免了之前诸多底物控制方法的局限性,大大拓展了反应的底物和产物范围,而且为进一步实现其他位置的选择性调控和其他类型反应的发展带来了全新机遇。”叶萌春介绍。

  由于芳基硼酸试剂的稳定、易得和低毒,这种催化剂控制的选择性芳基化反应有望在医药、农药和材料领域得到重要的应用。

  以上研究成果得到国家自然科学基金的资助。

  论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b12907

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