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元素有机化学国家重点实验室(南开大学)

实验室动态

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【新闻网】叶萌春课题组巧妙“拨动”氢原子 烯丙醇合成绿色高效

发布单位:元素有机化学国家重点实验室   发布时间:2018/04/08    浏览次数:459次


      南开新闻网讯(记者 马超)烯丙醇及其化合物是生产甘油、医药、农药、香料和化妆品的“中间原料”,玫瑰系香精、合成维生素E和K1以及优秀的天然抗癌药物紫杉醇中都含有关键的烯丙醇结构。近日,南开大学化学学院叶萌春课题组克服了传统生产烯丙醇类化合物过程中反应利用率低、成本高、环境污染大、反应产物不可控等问题,发展了以廉价的金属镍和苯基硼酸共催化的烯基化反应,在烯丙醇的经济、高效、绿色合成方面取得了重要进展。相关研究成果发表在顶级期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。

      烯丙醇类化合物可以合成一系列用途广泛的下游产品,但其传统制备方法通常需要使用烯基镁、烯基锂、烯基锌等较为活泼的金属试剂,不仅产生当量的废物,而且由于金属试剂活泼和对水敏感,导致这些试剂在很多情况下和底物无法共存,同时导致反应需要较为严格的无水操作,增加了反应的成本。后来发展的较为温和的镍和铬共催化的方法,不再使用活泼金属试剂,而是使用烯基卤化物作为原料,大大促进了此类反应的应用范围。但是反应需要使用毒性较大的铬催化剂,而且还需要大量的金属还原剂例如金属锰粉或铝粉等,依然增加了反应的成本,带来了环境的负担。

      “由于这些烯基金属试剂和烯基卤化物最初都是来源于烯烃化合物,因此我们设想,如果能实现最上游也更为廉价的烯烃和醛酮的直接偶联来合成烯丙醇就是更为理想的途径。”叶萌春介绍,“理论上,廉价易得的烯烃和醛酮类化合物合成烯丙醇的反应,只需要拨动一个烯烃的氢原子,将其转移到醛酮上就可以实现。这个过程不需要卷入任何氧化剂或还原剂等外来组分,这将实现100%的原子利用率。”


  但是用什么来拨动这个氢原子?如何拨动这个氢原子?这成为多年来化学家们致力于攻坚的难题。叶萌春团队正是找到了这根拨动氢原子的“魔法棒”,可以完成这个“拨动”过程。


  在以往的实验中,叶萌春课题组采用路易斯酸催化氢转移策略,以廉价的金属铁催化剂和异丙醇还原剂首次实现了的简单烯烃和非活化醛的转移氢化偶联反应。利用此方法实现了活性药物分子芬地林和尿失禁治疗药托特罗定的高效快捷合成。该成果已于2016年发表于《德国应用化学》。


  在此工作的基础上,该课题组考虑是否可以发展简单烯烃与醛的直接氢烯基化反应,一步合成烯丙醇。在一定条件下,烯烃、醛与镍易发生环氧化反应生成刚性的环氧镍中间体。如果采用苯基硼酸对环氧镍进行质解开环,会生成镍氢物种及烯丙醇产物。随后,镍氢物种在合适的条件下可以通过还原消除再生镍催化剂。这样就可以实现氢原子的转移。


  基于此设想,课题组使用廉价的金属镍催化剂和苯基硼酸共催化芳基烯烃与醛的烯基化反应,“拨动”了烯烃氢原子,从烯烃和醛一步选择性合成烯丙醇化合物,攻克了此领域长期以来的一个难题。反应不需要外加试剂,也不产生当量的废物,从而在烯丙醇的经济、高效、绿色合成方面取得了重要进展,可以有效地应用在芳基烯丙基氨基醇的克量级制备,及活性药物分子Stiripentol和Darlinine的合成中。


  “我们下一步工作将围绕如何实现烷基烯烃的偶联来开展。”叶萌春介绍,烷基烯烃是最为大宗的化工原料,每年生产百万吨级。如果把它们直接偶联成附加值更高的烯丙醇化合物,对于现实中的工业生产将贡献更大的价值。


  该工作得到了国家自然科学基金委的支持。