南開大學研發聯芳基化合物高效合成新方法

浏覽:221 來源: 時間:2018-01-03
南開大學近日發布消息稱,該校化學學院葉萌春教授團隊日前實現了簡單芳烴和廣泛使用的芳基硼酸試劑的選擇性偶聯反應的突破,從而克服了傳統聯芳基化合物生産過程中反應利用率低、成本高、環境汙染嚴重、反應産物不可控等問題,可以方便快捷地構建各類聯芳基化合物。

        聯芳基化合物在醫藥、農藥、染料、新材料等領域被廣泛應用。長期以來,發展簡便、高效的聯芳基化合物合成方法一直是有機合成研究的熱點問題。

  傳統的聯芳基化合物的合成是通過兩類預活化芳基底物(鹵代芳烴和芳基金屬試劑)直接偶聯實現的,反應不僅需要原料的預活化額外步驟,而且偶聯反應有較高的廢物排放,導致反應原子利用率低,成本高和環境汙染嚴重。簡單芳烴原料價廉易得,且反應原子利用率高,環境汙染少,通過簡單芳烴碳氫鍵直接進行芳基化反應來構建聯芳基化合物受到了日益廣泛的重視。但芳烴中的碳氫鍵不僅相對惰性,難于直接反應,而且數量多,性質相近,如何實現其選擇性偶聯是當前階段面臨的關鍵難題。目前,各類芳基化反應已經被陸續發展,選擇性控制方面也取得了一定的成果,但是依然存在兩個尚無法逾越的挑戰:一方面,選擇性控制手段主要局限于底物控制或者試劑控制,大大限制了底物、試劑的選擇以及産物結構的多樣性,亟需發展基于催化劑控制的通用性方法;另一方面,低毒、易操作、種類多樣且廣泛使用的芳基硼酸試劑的選擇性偶聯一直難以實現。

  受以往反應底物中一些酰胺官能團可以對反應選擇性起到重要影響的啓發,葉萌春團隊大膽設想,能否將酰胺類結構作爲配體引入到反應體系中,從而有效控制反應的選擇性,實現催化劑控制的通用性偶聯?通過廣泛而深入的研究,團隊最終發現包括N,N-二甲基乙酰胺在內的多種酰胺化合物均可以促進甲苯和芳基硼酸的高對位選擇性芳基化反應,其中N,N-二甲基甲酰胺的控制效果最好。在最優反應條件下,甲苯與多種取代的芳基硼酸均能高效偶聯生成聯芳香化合物,且鄰/間/對位選擇性高達0.5/0.9/98.6,反應收率最高達到90%。除甲苯外,其他單取代芳烴,如乙苯、異丙苯、氟苯、氯苯等,以及二取代和多取代芳烴同樣適用于該體系,得到對位選擇性芳基化産物,顯示了該方法的廣泛實用性。

  由于芳基硼酸試劑的穩定、易得和低毒,這種催化劑控制的選擇性芳基化反應有望在醫藥、農藥和材料領域得到重要的應用。