無外加光敏化劑條件下可見光誘導的氧化甲醯化反應

最新 01-12

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通過有機分子中的C-H鍵的活化和官能化構建新的C-C鍵和C-雜原子鍵為有機化合物的合成提供了新的合成策略。然而，由於其相對惰性，C-H鍵的選擇性活化和官能化仍然是有機合成中的一個挑戰。除了在適當的導向基團存在下由過渡金屬參與轉化進行的C(sp2)-H的活化外，活化C(sp3)-H鍵更困難。一般活化的方法是通過自由基途徑來實現，由於它們鍵能較高，不易斷裂，通常需要一個鄰近基團如苯基、含氮或氧雜原子的基團來活化，所產生的自由基通過鄰近的苯基或雜原子形成π-共軛體系或孤對電子而穩定。

近年來，各種可見光誘導的有機轉化通過單電子轉移，能量轉移或氫原子轉移過程受到廣泛的關注,目前已有較多的在光敏劑存在下可見光促進的C-C鍵和C-雜鍵的生成反應。為了避免使用外加光催化劑（或稱光敏化劑），利用底物或原位產生的電子供體-受體絡合物以及形成的產物作為吸光物質進行光誘導有機反應已有報道。淮北師範大學王磊、李品華教授團隊在自己工作的基礎上（Angew. Chem. Int. Ed.,2015,54, 8374–8377；Green Chem.,2016,18, 6373–6379；Chem. Commun.,2016,52, 1462–1465；Org. Lett.,2017,19, 3386–3389；Adv. Synth. Catal.,2017,359, 443–453），最新報道了在室溫條件下可見光誘導的無外加光敏劑的情況下N-烷基/N-丙炔基苯胺與氧氣的氧化甲醯化反應，以良好收率得到相應的甲醯胺。該方法通過空氣氧化選擇性裂解C-C鍵將亞甲基（CH2）轉化為甲醯基。

研究開始，作者利用N,N-二丙炔基苯胺為模板底物，空氣中的氧氣作為氧化劑，420–425 nm的藍光作為光源，丙酮為溶劑，室溫條件下，反應18小時以76%的收率得到目標產物。該反應具有良好的底物適用性，可以兼容多種官能團，如吸電子基團氟、氯、溴、碘、酯基、氰基等，在最佳反應條件下，能以中等以上的收率得到相應的目標產物。芳環上連有供電子基團如甲基、乙基、異丙基、叔丁基、甲氧基等時反應也能很好的進行，以較高的收率得到目標產物（Scheme 1）。

Scheme1.N-烷基-N-丙炔基苯胺的底物擴展範圍

為了進一步探究底物的廣譜性，對各種氮上連有相同取代基的胺類進行研究，N,N-二丙烯基苯胺，N,N-二-4-甲基丙炔基苯胺，N,N-二-4-苯基丙炔基苯胺和4-溴-N,N-二丁炔基苯胺都能順利反應，產物收率中等（Scheme 2）。

Scheme 2.N,N-取代基苯胺的底物適宜範圍

作者對該反應的機理做了研究。自由基捕捉實驗和氧同位素標記實驗分別說明了該反應經歷自由基歷程，且產物中的氧來自於氧氣（Scheme 3）。

Scheme 3.自由基捕捉實驗和氧同位素標記實驗

為了確認反應過程中氧氣是以哪種形態參與反應，使用DMPO和2,2,6,6-四甲基哌啶（TEMP）分別用來捕獲O2??和1O2，順磁測試（ESR）實驗結果表明；分別可以明顯觀察到O2??與DMPO的加合物的強特徵信號和1O2與TEMP的加合物的強特徵信號，說明在反應體系中，有O2??和1O2的共同存在並參與反應。通過底物和產物的紫外可見吸收光譜表明，底物和產物在藍光下均有吸收，而且其相應產物的摩爾吸光係數遠大於相應底物的摩爾吸光係數，說明產物的光敏化增強作用。基於以上實驗結果，提出了反應的可能機理（Scheme 4）。