南開大學(xué)研發(fā)聯(lián)芳基化合物高效合成新方法

南開大學(xué)研發(fā)聯(lián)芳基化合物高效合成新方法

南開大學(xué)近日發(fā)布消息稱，該校化學(xué)學(xué)院葉萌春教授團(tuán)隊(duì)日前實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單芳烴和廣泛使用的芳基硼酸試劑的選擇性偶聯(lián)反應(yīng)的突破，從而克服了傳統(tǒng)聯(lián)芳基化合物生產(chǎn)過程中反應(yīng)利用率低、成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重、反應(yīng)產(chǎn)物不可控等問題，可以方便快捷地構(gòu)建各類聯(lián)芳基化合物。

聯(lián)芳基化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料和新材料等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)期以來，發(fā)展簡(jiǎn)便、高效的聯(lián)芳基化合物合成方法一直是有機(jī)合成研究的熱點(diǎn)問題。

傳統(tǒng)聯(lián)芳基化合物的合成是通過2類預(yù)活化芳基底物（鹵代芳烴和芳基金屬試劑）直接偶聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，反應(yīng)不僅需要原料的預(yù)活化額外步驟，而且偶聯(lián)反應(yīng)有較高的廢物排放，導(dǎo)致反應(yīng)原子利用率低，成本高和環(huán)境污染嚴(yán)重。簡(jiǎn)單芳烴原料價(jià)廉易得，且反應(yīng)原子利用率高，環(huán)境污染少，通過簡(jiǎn)單芳烴碳?xì)滏I直接進(jìn)行芳基化反應(yīng)來構(gòu)建聯(lián)芳基化合物受到了日益廣泛的重視。但芳烴中的碳?xì)滏I不僅相對(duì)惰性，難于直接反應(yīng)，而且數(shù)量多，性質(zhì)相近，如何實(shí)現(xiàn)其選擇性偶聯(lián)是當(dāng)前階段面臨的關(guān)鍵難題。目前，各類芳基化反應(yīng)已經(jīng)被陸續(xù)開展，選擇性控制方面也取得了一定的成果，但是依然存在2個(gè)尚無法逾越的挑戰(zhàn)：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、試劑的選擇以及產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的多樣性，亟需發(fā)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(lián)一直難以實(shí)現(xiàn)。

受以往反應(yīng)底物中一些酰胺官能團(tuán)可以對(duì)反應(yīng)選擇性起到重要影響的啟發(fā)，葉萌春團(tuán)隊(duì)大膽設(shè)想，能否將酰胺類結(jié)構(gòu)作為配體引入到反應(yīng)體系中，從而有效控制反應(yīng)的選擇性，實(shí)現(xiàn)催化劑控制的通用性偶聯(lián)？通過廣泛而深入的研究，團(tuán)隊(duì)最終發(fā)現(xiàn)包括N，N-二甲基乙酰胺在內(nèi)的多種酰胺化合物均可以促進(jìn)甲苯和芳基硼酸的高對(duì)位選擇性芳基化反應(yīng)，其中N，N-二甲基甲酰胺的控制效果最好。在最優(yōu)反應(yīng)條件下，甲苯與多種取代的芳基硼酸均能高效偶聯(lián)生成聯(lián)芳基化合物，且鄰/間/對(duì)位選擇性高達(dá)0.5/0.9/ 98.6，反應(yīng)收率最高達(dá)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(duì)位選擇性芳基化產(chǎn)物，顯示了該方法的廣泛實(shí)用性。

由于芳基硼酸試劑的穩(wěn)定、易得和低毒，這種催化劑控制的選擇性芳基化反應(yīng)有望在醫(yī)藥、農(nóng)藥和材料領(lǐng)域得到重要的應(yīng)用。