王毅、潘毅課題組在電化學(xué)的醇類脫氧芳基化取得重要進(jìn)展
最近，本院王毅、潘毅教授團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)下各類醇的脫氧芳基化反應(yīng)。這一成果以“Alkyl Carbazates for Electrochemical Deoxygenative Functionalization of Heteroarenes”為題在線發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed上（10.1002/anie.202001571）。
醇類化合物是化學(xué)工業(yè)中和實(shí)驗(yàn)室最常見(jiàn)的原料之一，其擁有著種類多樣的分子結(jié)構(gòu)，利用醇脫氧產(chǎn)生烷基自由基在有機(jī)化學(xué)中極具價(jià)值。然而醇的C-O鍵鍵能較高（BDE∼95 kcal/mol），很難裂解釋放烷基自由基（•R）。傳統(tǒng)的脫氧反應(yīng)通常需要高溫回流、有毒的錫試劑和金屬催化劑，并且一級(jí)和二級(jí)醇往往不能兼容。2019年，王毅、潘毅團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了各類雜環(huán)的電化學(xué)硫化(ACS Catal. 2019, 9, 1630−1634)和電化學(xué)遷移反應(yīng)（Org.Lett. 2019, 21, 1857-1862）。通過(guò)電化學(xué)的方式實(shí)現(xiàn)更溫和的脫氧反應(yīng)，對(duì)于醇類的活化和芳基的修飾是具有普遍意義的。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單醇的肼基甲酸酯（carbazate）能夠氧化產(chǎn)生相應(yīng)的酯基自由基（圖一），這類反應(yīng)往往集中在甲酯和乙酯，而對(duì)于其他醇的肼基甲酸酯往往不能得到烯烴加成的產(chǎn)物，因此作者猜測(cè)carbazate在產(chǎn)生酯基自由基后可能會(huì)進(jìn)一步裂解產(chǎn)生烷基自由基。并且結(jié)合肼基在電化學(xué)條件下容易氧化離去的性質(zhì)，作者開(kāi)發(fā)了一種電化學(xué)氧化肼基甲酸酯裂解產(chǎn)生烷基自由基的新方法，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)條件下醇的脫氧反應(yīng)。
圖一 反應(yīng)設(shè)計(jì)
該反應(yīng)對(duì)于各類簡(jiǎn)單的一級(jí)，二級(jí)，三級(jí)醇都能較好的適用，對(duì)于含手性碳的復(fù)雜天然醇也能得到目標(biāo)產(chǎn)物。并且通過(guò)適當(dāng)?shù)脑黾臃磻?yīng)電流和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，可以將模板反應(yīng)放大到克級(jí)規(guī)模（圖二）。
圖二 醇類底物拓展
該反應(yīng)同時(shí)適用于嘧啶，吡嗪酮，異喹啉，喹唑啉，咖啡因等各類含氮雜環(huán)。對(duì)于連著給電子基團(tuán)，吸電子基團(tuán)以及N上連有環(huán)丙烷，酯基，芳基，氰基，含氧環(huán)烷烴等都能較好的兼容（圖三）。
圖三 含氮雜環(huán)的拓展
自由基捕獲實(shí)驗(yàn)證實(shí)了叔丁基自由基的存在，同時(shí)使用肼基甲酸甲酯得到了甲酰氧基化的產(chǎn)物，證明了該反應(yīng)中烷基自由基是由酯基自由基脫羧產(chǎn)生，循環(huán)伏安圖表明肼基甲酸酯很容易在電化學(xué)條件下氧化引發(fā)并且多個(gè)氧化峰表明經(jīng)歷多次氧化。由此提出了相應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理，肼基甲酸酯在陽(yáng)極經(jīng)歷多次氧化脫氫生成重氮烯中間體C，然后再次氧化脫去一分子氮?dú)馍勺杂苫鵈，自由基E不穩(wěn)定會(huì)進(jìn)一步裂解脫去一分子二氧化碳生成烷基自由基F（圖四）。
圖四 機(jī)理驗(yàn)證和反應(yīng)機(jī)理
本文第一作者為2017級(jí)博士研究生高永源， 該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（21772085 , 21971107）、配位化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和江蘇省先進(jìn)有機(jī)材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)資助。
全文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202001571
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