研究背景

传统偶极非质溶剂在合成化学领域的大量使用不仅导致产物分离和溶剂回收过程中废水排放和高能耗，也由于较高的毒性对人类健康造成严重威胁。尤其是 DMF 不但有显著的 CMR 问题，还具有引起爆炸的安全隐患，因为其在强酸、强碱、强还原剂、强氧化剂等物质存在下会发生分解产生易爆气体，如二甲胺、CO₂、CO 和 H₂ 等。意识到这些危害，科学界与相关行业呼吁开发更安全、更环保的反应体系以避免使用 DMF。

另一方面，以 NaN₃ 为基础原料的三氮唑和四氮唑是众多生物活性分子和功能材料的两个重要骨架。然而，上述叠氮化合物的合成与转化常使用 DMF 作为反应介质，从而导致了一系列环保、健康、安全问题。因此，迫切需要设计更加绿色环保的策略，在叠氮化合物转化合成中实现 DMF 的最小化使用。

文章导读

▲	图 1. 偶极化 HCPs 制备过程与结构示意图。单体 M1 芳环上长侧链确保了 HCP-DMF 具有灵活、柔软的类 DMF 片段；在 HCP-DMF-SO₃H 中，预计长链类 DMF 片段可与活性酸位相接触，从而最大限度地发挥局部环境对催化反应的积极影响。

▲	图 2. FT-IR 光谱、荧光光谱、固体 ¹³C NMR 、XPS 以及 TGA 等表征手段论证了 HCP-DMF 和 HCP-DMF-SO₃H 类 DMF 片段的成功引入、偶极微环境的创建及其良好的热稳定性。

工作 1：HCP-DMF 的应用

▼	表 1. NaN₃ 与溴化苄反应合成苄基叠氮的条件优化

表 1 显示 HCP-DMF 的添加能够有效提高 NaN₃ 在 EtOH(95%)中的反应速率，促进了苄基叠氮化物的高效合成。

▲	图 3. 取代苄溴的底物拓展，括号内收率为未添加 HCP-DMF 时的收率；a: 0.7 mmol NaN₃。

底物拓展说明各种取代基苄溴在构建的反应体系中均能以 88˗95％的高产率获得目标产物；在不添加 HCP-DMF 的情况下，仅分离出 61% 的 2b 和 72% 的 2f。

工作 2：HCP-DMF-SO₃H 的应用

▼	表 2. NaN3 与硝基苯乙烯反应合成 1,2,3-三氮唑 a

表 2 暗示了酸性催化剂 HCP-DMF-SO₃H 显著提高了三氮唑的合成效率，说明偶极微环境的构建增强了催化活性。

▲	图 4. 合成 1,2,3-三氮唑的硝基苯乙烯底物拓展；a: 10 h.

总体而言，偶极化酸性催化剂 HCP-DMF-SO₃H 能够高效催化NaN₃ 和各种硝基烯烃在 EtOH(95%)中高效反应合成三氮唑(图 4)。不仅如此，该催化剂还能催化 1a、3a 和 NaN₃ 三组分串联反应的合成 5a，表现出比商业催化剂 Amberlyst15 更加优异的性能(图 5)。

▲	图 5. HCP-DMF-SO₃H 催化 1a, 3a 和 NaN₃ 串联反应合成 1,5-二取代-1,2,3-三氮唑 5a

动力学研究显示 HCP-DMF-SO₃H 中偶极微环境的创建是三氮唑高效合成的关键 (图 6 (a))；可回收试验说明该酸性催化剂具有良好的稳定性，可多次循环使用(图 6 (b))。

▲	图 6. (a) 3a 与 NaN₃ 反应合成 4a 的动力学研究; (b) HCP-DMF-SO₃H 在 1,3-偶极环加成中的循环实验

总结展望

HCP-DMF 和 HCP-DMF-SO₃H 固体材料偶极微环境的创建能够有效提高 NaN₃ 在 EtOH(95%) 中的转化效率，避免了偶极非质溶剂 DMF 的使用。固体材料偶极微环境的构建策略，为偶极溶剂依赖型有机反应在常规绿色有机溶剂中顺利发生提供了新的思路。

论文信息

Dipolar HCP materials as alternatives to DMF solvent for azide-based synthesis
Feng Gao, Rongxian Bai, Minghao Li*（） and Yanlong Gu*（）
Green Chem., 2021,23, 7499-7505
http://doi.org/10.1039/D1GC02002A