上海有機所在鎳催化炔烴的高效氫-氰化反應(yīng)方面取得重要進展
腈類化合物是一類非常重要的有機合成中間體，廣泛存在于醫(yī)藥、農(nóng)藥、除草劑、殺蟲劑、染料、香料以及天然產(chǎn)物中。有機腈類化合物可以進行多種化學(xué)轉(zhuǎn)換反應(yīng)，如可以轉(zhuǎn)化為羧酸、醛、酮、酯、酰胺、胺、四唑以及其它氮雜環(huán)化合物等。因此有機腈類化合物的合成引起了人們廣泛關(guān)注和濃厚的研究興趣。過渡金屬催化的炔烴的氫-氰化反應(yīng)被認為是合成烯基氰類化合物最直接有效和原子經(jīng)濟性的方法之一。然而該類反應(yīng)仍然存在較大的局限性和不足之處，如主要局限于使用劇毒且易揮發(fā)的氫氰酸作為氰源，在實驗室及工業(yè)生產(chǎn)中極具危險性；催化劑易被氰負離子毒化失活，反應(yīng)效率往往不高；反應(yīng)的底物普適性和區(qū)域選擇性也不是很好等。因此發(fā)展新的催化體系，實現(xiàn)過渡金屬催化炔烴的更加高效、安全、溫和的氫-氰化反應(yīng)，無論是在實驗室合成還是工業(yè)應(yīng)用中都將具有重大的實踐意義和應(yīng)用前景。
上海有機化學(xué)研究所金屬有機化學(xué)國家重點實驗室劉元紅課題組近年來致力于鎳催化的氰基化反應(yīng)研究，實現(xiàn)了鎳催化的氯代芳烴/雜芳烴同毒性相對較低的氰化鋅在溫和條件下的高效氰基化反應(yīng)(Org. Lett. 2017, 19, 2118)。隨后他們又進一步拓展了研究范圍，相繼實現(xiàn)了苯酚衍生物和烷基鹵代烴的高效氰基化反應(yīng)(J. Org. Chem. 2018, 83, 14036; Org. Lett. 2018, DOI: 10.1021/acs. orglett. 8b03539)。最近，他們又利用巧妙的設(shè)計思路，將氰化鋅和綠色環(huán)保的水應(yīng)用于炔烴的氫-氰化反應(yīng)中，成功地實現(xiàn)了末端炔烴在溫和條件下的高區(qū)域選擇性的氫-氰化反應(yīng)(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 7385)。該反應(yīng)具有良好的底物普適性和官能團兼容性，芳基末端炔和非活化的烷基末端炔在該反應(yīng)條件下均可發(fā)生反應(yīng)，鹵素、羥基、氨基、烯基以及內(nèi)炔烴等均可很好兼容。另外，該反應(yīng)也可應(yīng)用于復(fù)雜藥物分子如布克力嗪衍生物和炔孕酮等的后期官能團化修飾。需要指出的是，在該反應(yīng)體系中氰化鋅提供了“氰”源，綠色環(huán)保的水則提供了“氫”源，避免了使用劇毒易揮發(fā)的氫氰酸，具有操作簡單、安全高效等特征，為烯基氰類化合物的實驗室合成和工業(yè)生產(chǎn)提供了重要的應(yīng)用前景。此外，機理研究也進一步表明產(chǎn)物烯基氰上的氫來源于水，反應(yīng)主要是以順式氫-氰化的方式進行。這種新穎的反應(yīng)模式將為鎳催化炔烴以及烯烴等不飽和化合物的氫-官能團化反應(yīng)提供新的研究思路。該文第一作者是上海有機所博士研究生張興杰。
上述研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、上海市科委以及上海有機所的資助。
圖一：鎳催化末端炔烴的馬氏氫-氰化反應(yīng)
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