乙氧羰基铜卟啉催化酚的交叉脱氢偶联反应

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交叉脱氢偶联(Cross-dehydrogenative coupling,CDC)反应是C-Y(Y=C,N,O等)键构建的重要方法。与传统偶联反应相比,该方法无需反应原料的预官能团化,具有简单、直接、高效、原子经济和环境友好等优点。C(sp~3)-O及C(sp~2)-O键是许多天然产物、药物中间体的重要组成结构。因此,通过CDC反应构建C-O键在药物合成中具有重要意义。酚羟基与环醚或甲酰胺进行CDC反应可以分别生成缩醛和氨基甲酸酯,这不仅可用以更加高效的合成含缩醛或氨基甲酸酯结构单元的药物中间体,还可用于有机合成中酚羟基的保护。目前,酚羟基与环醚或甲酰胺的CDC反应仍然具有一些挑战,如底物酚羟基邻位需要导向基团才能实现反应。近年来的研究表明金属卟啉在催化CDC反应中表现出良好的催化活性,金属卟啉催化的CDC反应已经逐渐成为当代卟啉化学的重要课题。本文研究了金属卟啉催化酚类底物与环醚、酚类底物与甲酰胺的CDC反应。主要内容如下:1.本文利用“一锅法”合成了四乙氧基羰基卟啉(TECP),四苯基卟啉(TPP)和四五氟苯基卟啉(F20TPP)及金属配合物Cu TECP、Ni TECP、Co TECP、Mn TECPCl、Fe TECPCl、Ag TECP、Pd TECP、Zn TECP、Cu TPP及F20Cu TPP,并对化合物进行了表征。2.应用CuTECP于催化酚与环醚的CDC反应。经过条件筛选,得到了反应的最佳条件:对羟基苯甲酸甲酯(0.5 mmol)、1,4-二氧六环(2 m L)、Cu TECP(5 mol%)和DTBP(3.5 equiv)混合物在120℃下反应12 h时得到最高产率(核磁产率为97%,分离产率为85%)。在此最优条件下,我们成功拓展了50个反应底物。本文设计的催化体系打破了底物酚羟基邻位必须含有导向基团才能反应的局限性,拓宽了酚类CDC反应的底物范围,且具有良好的官能团忍受性。实验结果表明该反应受到酚的电子效应影响较大,适用于贫电子酚类化合物。该催化反应的克量级试验的TON值达到了7300,表明该反应在工业生产中具有潜在的应用。机理探究实验表明该反应通过自由基机理进行,1,4-二氧六环C(sp~3)-H键的断裂为该反应的决速步骤。3.应用CuTECP于催化酚与甲酰胺的CDC反应。经过条件筛选,得到了反应的最优条件:对羟基苯甲酸甲酯(0.5 mmol)、DMF(2 m L)、Cu TECP(3 mol%)和DTBP(3.5 equiv)混合物在120℃下反应12 h时得到最高产率(核磁产率为78%,分离产率为63%)。该反应不仅适用于邻位含导向基团的酚,也适用于邻位不含导向基团的酚,具有良好的官能团忍受性和底物适应性。实验表明该反应受到底物的电子效应及甲酰胺的空间效应影响,适用于贫电子酚与空间位阻较小的富电子甲酰胺的偶联反应。机理探究实验表明该反应为自由基反应,羰基C(sp~2)-H键的断裂是该反应的决速步骤。
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