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镍催化氮杂环丙烷的羧基化反应

 利用温室气体二氧化碳的有机羧化反应具有明显的原子经济性,符合可持续发展的理念,并且有较好的工业化的潜力。因此,金属催化的羧基化反应是有机化学家们的持续追求,其中又廉价金属催化的二氧化碳的转化更有实际应用价值。此外,氮杂环丙烷是一种具有独特结构的化学分子,在金属的催化作用下既可以和亲核试剂反应,又可以和亲电试剂反应,得到官能团化的烷基胺类化合物。最近,西班牙加泰尼亚化学研究所有机化学家Ruben Martin教授课题组发展了一种镍催化氮杂环丙烷的羧基化反应,以很好的化学选择性和反应效率得到β-氨基酸类化合物。相关研究工作发表在JACS期刊上。

    通过系统的条件筛选,作者确定了联吡啶类的配体对反应有很好的促进作用,此外,甲醇和还原剂单质锰也是不可或缺的反应成分。值得说明的是,二氧化碳的压力对该反应没有很大的影响,在一个大气压下,反应也能很好地进行。但是,要求反应时间很长,后续底物拓展中基本都要求反应时间在2-7天。

    随后,作者进行了底物的适用性考察。如图所示,常规的官能团都能以较好的反应产率得到目标产物。并且杂环,无论是保护的还是未保护的都能很好的兼容。为了证明反应的实用性,作者还用标记的碳13的二氧化碳进行反应,发现反应效果基本不受影响,这为碳原子的标记提供一条新路径。

    随后,作者进行产物的衍生化实验。在带有氯原子的底物中,只要控制好反应条件,可以实现分子内和分子外氮原子的亲核取代反应。并且,在碱性条件下,分子内的进攻是氮原子优先于羧酸根离子进攻氯原子得到相应的成环产物。

    最后,作者进行了机理验证试验。首先,证明了甲醇和单质锰对反应的进行有很大的促进作用。作者用和配体1相似活性的配体5进行了催化能力测试,证明配体5有一定的催化活性。通过单晶确定了镍和底物氮杂环丙烷的结合方式,并且通过手性底物验证了该路径可能不是经过一个烯胺的中间体。

    综上,西班牙加泰尼亚化学研究所有机化学家Ruben Martin教授课题组发展了一种镍催化氮杂环丙烷的羧基化反应,以很好的化学选择性和反应效率得到β-氨基酸类化合物。

 

DOI: 10.1021/jacs.1c01916 


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