有机电合成:甲基芳烃位点选择性氧化

发布日期:2020年06月15日   浏览次数:

我室徐海超课题组与程俊课题组合作,在有机电合成研究方面取得新进展,相关成果以“Site-selective electrooxidation of methylarenes to aromatic acetals”为题在线发表于《自然·通讯》(Nat. Commun. 2020, 11, 2706)

 

醛可参与多种反应,是用途最为广泛的有机合成中间体之一。其中芳香醛已被用于合成精细化学品、营养食品、功能材料和药物等。由于甲基芳烃稳定、易得,且易于处理,其苄位氧化是制备芳香醛的一种很有吸引力的策略。然而,由于醛易发生过度氧化且当底物含有多个易氧化位点时,反应的化学和区域选择性仍不易控制,导致结构复杂的甲基芳烃的选择性氧化仍极具挑战。此外,杂原子配位还易引起的催化剂毒化。以上两个问题导致与医药相关的苯并杂环的苄位氧化仍难以实现。

徐海超课题组前期利用电化学促进的环化反应发展了系列苯并杂环的合成新方法(Acc. Chem. Res. 2019, 52, 3339)。在本工作中,他们利用电化学发展了位点选择性氧化甲基苯并杂环合成芳香二甲基缩醛的方法。电解得到的芳香二甲基缩醛产物经水解即得到芳香醛。该电合成方法利用苯并杂环本身的电子结构特点实现位点选择性,而无需使用氧化试剂和金属催化剂。该方法可用于苯并咪唑、苯并恶唑、苯并噻唑、氧化吲哚、吡啶并咪唑等多种重要环系的位点选择性氧化,为发展位点选择性C-H官能化反应提供了新思路。通过与程俊课题组合作,利用理论计算分析了芳烃自由基阳离子关键反应中间体的LUMO和自然布局分析(NPA)电荷,并建立了反应区域选择性预测模型。

该项研究实验部分主要由我院2017级博士生熊鹏(前期发表的一作论文包括:J. Am. Chem. Soc. [2018, 140, 16387;2018, 140, 2460; 2017, 139, 2956], Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 2226等)和已毕业的赵怀波博士共同完成,理论计算部分由程俊课题组范雪婷博士完成。刘占江、龙浩、揭亮华、徐品、吴正舰等学生参与了研究工作。该研究得到国家重点研发计划纳米科技重点专项(2016YFA0204100)、国家自然科学基金(2167217821971213)和中央高校基本科研业务费的资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-16519-8