碳-氮键！登上Science！
米测MeLab
2025-03-18
编辑总结
碳-氮键是现代药物的基石，化学家们不断努力寻找更高效的方法来构建它们。两项最新研究分别报道了将碳-碳双键断裂并在其位置形成碳-氮三键的不同方法。Brägger 等人使用高价碘试剂合成了腈类化合物，而 Cheng 等人则采用了异相铜催化剂与氧气协同作用的方法。在这两种情况下，碳-碳双键都充当了便捷的反应位点，使得多种复杂分子的转化成为可能。——Jake S. Yeston
研究背景
碳氮键的生成反应是现代有机合成中的一个重要的领域。研究通过碳-氮（C–N）键的形成合成含氮分子，对于药物、农用化学品和材料的研发及制备至关重要。针对这一问题，苏黎世联邦理工学院Bill Morandi教授团队在Science期刊上发表了题为“Oxidative amination by nitrogen atom insertion into carbon-carbon double bonds”的最新论文。他们报道了一种直接向非活化碳-碳双键插入氮原子的方法，以获得氮丙二烯（aza-allenium）中间体。该中间体可根据初始烯烃的取代模式进一步转化为腈或脒类化合物。这一操作简便且具有高度官能团兼容性的反应适用于多种非活化烯烃。 市售廉价的高价碘试剂 PIFA 是该反应的关键。作者的机理假设得到了化学捕获实验的支持，同时该实验也证明了该方法在合成重要的含氮杂环化合物方面的实用性。此外，该方法还可作为合成酰胺、胺以及 ¹⁵N 标记分子的通用策略。
研究亮点
（1）实验首次开发了一种通过氮杂环丙烷生成氮丙二烯中间体，并利用氧化反应实现烯烃直接氧化胺化的方法，成功获得了多种腈类化合物。该方法具有广泛的官能团兼容性，能够在多种端基和内烯烃的基础上高效进行反应，且反应条件简便。（2）实验通过原位形成 N–LG 氮杂环丙烷，经过开环反应形成瞬时氮丙二烯中间体，并用氨等亲核试剂截获该中间体，成功实现了烯烃的直接氧化胺化。该过程不仅简化了传统的多步合成路线，还展示了优异的收率和区域选择性。（3）实验发现，1,1-二取代烯烃在该反应条件下经历了独特的氮杂-Beckmann 重排，产生了脒类产物，并保持了优异的立体选择性。这为反应提供了新的合成途径，扩展了该方法的应用范围。
图文解读
图4. 未活化烯烃氧化胺化的机理研究和15N标记研究
结论展望
本研究开发了一种氧化胺化反应，其中线性烯烃被裂解为腈类，分支烯烃转化为脒类。作者提出了一种机制，涉及氮原子插入非活化烯烃的C(sp2)–C(sp2)键，利用瞬态的氮丙二烯中间体进行合成应用。该反应操作简便，无需排除空气或水分，且与多种官能团兼容。从更广泛的角度来看，这项研究表明，氮原子插入烯烃能够形成氮丙二烯物种，作为具有广泛合成应用潜力的反应性氮含中间体，为下游的多样化反应提供了优异的潜力，并为发现和制备重要的氮含化合物开辟了新的途径。 Yannick Brägger et al. ,Oxidative amination by nitrogen atom insertion into carbon-carbon double bonds.Science387,1108-1114(2025).DOI:10.1126/science.adq4980
