Nature Catalysis: 剑指光催化！

微著

2021-01-21

第一作者：Tuhin Patra

通讯作者：Frank Glorius

通讯作者单位：明斯特大学

图1. 碳酸肟、烯烃选择性合成1-胺基-2-醇的示意图

困难和挑战

1,2-胺基醇结构是一种最重要的有机分子结构单元，在药物、天然产物中非常重要。通常此类结构的合成需要对底物进行预先官能团化，而且为了保证所需的位点选择性，每步反应中只能修饰一个官能团。

图2. (a) 传统的醇的β-胺基化（常见方法）、胺的β-羟基化（较为少见的方法）和烯烃直接双官能团化方法的区别 (b) 烯烃合成1,2-胺基醇的不同种类 (c) 本文发展的选择性1-胺基-2-醇合成。

有鉴于此，明斯特大学Frank Glorius等报道了一种无需金属的光敏化方法学，能够通过一步反应中将胺基、醇基修饰到烯烃双键。该方法中通过碳酸肟同时作为氧中心、氮中心自由基，选择性实现了对Sharpless胺羟基化选择性的补充。该方法学以简单易得的原料，在温和的反应条件中进行。

反应体系优化

反应体系优化。以1-辛烯（1）、N-二苯甲基碳酸肟（2h）作为反应物，加入1 mol %光敏剂，在室温乙酸乙酯中反应。考察了不同的光敏剂，常用的Mes-Acr纯有机光敏剂、Ru基、Ir基光敏剂，其中[Mes-Acr](ClO₄)、[Ru(bpy)₃](PF₆)₂都未见目标产物生成，[Ir(ppy)₂(dtbbpy)](PF₆)、fac-[Ir(ppy)₃]、fac-[Ir(dF(ppy))₃]、[Ir(dF(CF₃)ppy)₂(dtbbpy)](PF₆)分别实现了6 %、27 %、54 %、69 %的产率。同时，不含金属的硫杂蒽酮（5）光敏剂同样实现了71 %的产率，与Ir光敏剂的活性相比并没有明显降低。由于该有机光敏剂不含Ru、Ir等贵金属，因此有一定的优势。

图3. 反应体系优化

反应机理

机理验证实验。当反应中不加入光敏剂，在405 nm光激发过程中反应无法有效进行。该反应只有在365 nm光激发中才能够进行；当反应中加入自由基引发剂（AIBN、DTBP、BPO），反应没有目标产物生成；当在优化的光催化反应中加入TEMPO自由基捕获剂，未见目标产物生成；当在碳酸肟底物中的碳酸基团上引入烯丙基，发现反应中生成含有环状碳酸乙烯酯结构的亚胺产物。

基于此，作者提出了可信的反应机理。光敏剂通过和底物之间的三重态-三重态能量转移过程，将底物分子激发，随后底物中的O-N键均裂，生成基于碳酸酯的醇氧羰基自由基60、亚胺基自由基61，随后醇氧羰基自由基和烯烃在端基位点反应，生成的碳自由基随后和亚胺自由基进行自由基交叉偶联生成目标产物。

图4. 反应机理

参考文献及原文链接

Tuhin Patra, Mowpriya Das, Constantin G. Daniliuc & Frank Glorius*, Metal-free photosensitized oxyimination of unactivated alkenes with bifunctional oxime carbonates, Nat. Catal. 2021

DOI: 10.1038/s41929-020-00553-2

https://www.nature.com/articles/s41929-020-00553-2