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汕头大学钟建基团队: 环保温和简单的 α-C–H 键高选择性官能化反应

日期: 来源:RSC英国皇家化学会收集编辑:钟建基课题组

研究介绍

环醚(Cyclic ether)作为一类重要的骨架结构广泛存在于各种天然产物、药物分子以及生物活性分子中,如索非布韦(Sofosbuvir)、帕马霉素 607(Pamamycin 607)等。

其中,四氢呋喃最具代表性,其不仅是一种常用的有机溶剂,也被广泛用作一种重要的有机合成砌块,实现其绿色、高效和高选择性转化具有重要意义,一直以来备受关注。然而,由于四氢呋喃 α-C–H 键固有的化学惰性,其选择性的直接 C–H 键官能化反应变得具有挑战性。

在以往的研究中,实现四氢呋喃 α-C–H 键的直接 C–H 键官能化反应通常借助于过渡金属催化策略或氢原子转移 (HAT) 策略。然而,以上策略通常需要使用当量氧化剂、高温、紫外光或者当量氢原子转移试剂等,一定程度上限制了反应的普适性和实用性(图 1)。

Figure 1. 四氢呋喃 α-C–H 键官能化反应策略







近日,汕头大学钟建基课题组发展了一种简单的可见光催化体系,在温和的条件下,高效地实现了四氢呋喃 α-C-H 键的高选择性 C-S 和 C-C 偶联反应(图 1, c)。

该工作以 4-CzIPN 为可见光催化剂,以廉价易得的 nBu4NBr 为助催化剂,通过光催化氧化的方式生成溴自由基,进一步攫取四氢呋喃 α-位的氢原子,生成四氢呋喃 α-位碳自由基活性中间体,进而与芳基三氟甲基烯烃发生偶联,构建了带有四氢呋喃骨架的偕二氟烯烃;或者与 N-硫代芳基邻苯二甲酰亚胺发生偶联,生成四氢呋喃 α-位硫代的产物。
值得关注的是,这里 N-硫代芳基邻苯二甲酰亚胺作为一类有效的亲自由基体参与反应。众所周知,此类化合物通常作为一类高效的亲电硫化试剂被广泛应用,而其亲自由基体的化学报道很少。
该催化策略还可实现苄位 C–H 键的选择性氧化,生成酮类化合物。

整体而言,该可见光催化体系具有环境友好、条件温和、操作简单等特点,同时具有很好的底物普适性和官能团兼容性,可应用于复杂分子或生物活性分子的后官能化修饰中。通过这个催化体系,有望实现更多 C–H 键活化的官能化反应。

相关研究成果以 “Metal-free and site-selective α-C–H functionalization of tetrahydrofuran enabled by the photocatalytic generation of bromine radicals” (《光生溴自由基活化四氢呋喃 α-C-H 键的高选择性官能化反应》) 为题,发表在英国皇家化学会期刊 Green Chemistry  上,并入选期刊封底 (Back Cover) 文章(图 2)。

论文信息

Metal-free and site-selective α-C–H functionalization of tetrahydrofuran enabled by the photocatalytic generation of bromine radicals
Can-Ming Zhu, Rong-Bin Liang, Yonghong Xiao, Wei Zhou, Qing-Xiao Tong and Jian-Ji Zhong*(钟建基,汕头大学)

Green Chem., 2023, 25, 960–965
https://doi.org/10.1039/D2GC03347J

作者简介

朱灿明 硕士研究生

汕头大学

本文第一作者,2020 年本科毕业于汕头大学,同年考入汕头大学攻读硕士学位,研究方向为绿色光催化体系的开发。






钟建基 副教授

汕头大学

本文通讯作者,汕头大学副教授,硕士生导师。2010 年本科毕业于兰州大学;2015 年在中科院理化技术研究所获得博士学位;随后赴南方科技大学从事博士后研究。2018 年 1 月入职汕头大学开始独立工作至今。目前主要研究方向为有机光合成化学、自由基化学以及绿色合成化学。独立工作以来,已在 Chem. Sci.、Green Chem.、Chem. Commun.、Org. Chem. Front.、Org. Lett.、J. Org. Chem. 等国际知名学术期刊发表 SCI 研究论文 20 余篇;主持 2 项国家自然科学基金项目。

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Green Chemistry 专注于绿色化学和可持续性替代技术的最前沿,报道的跨学科研究工作致力于构建对生物和环境友好的技术基础,以期减少化学生产对环境的影响。该刊发表的原创性研究成果代表了绿色化学研究领域的重大进展,具有广泛的吸引力。该刊的论文必须将所报道的新方法与现有方法进行比较,并证明新方法具有的优势,特别是在减少或消除对环境的不良影响方面。

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