第一作者：Shashikant U. Dighe通讯作者：Daniele Leonori通讯作者单位：曼彻斯特大学 主要内容：1．设计了光催化/Co催化双催化协同体系，通过有机脂肪胺、NH3作为胺源，脂肪酮等羰基化合物作为反应物。2．开发了含苯胺结构有机胺的合成路线。3. 简化了反应过程，避免了卤代芳烃类分子。 研究背景含苯胺的分子是2019年所报道的10种最重要的医药分子中占据3个分子，分别是Eliquis、Revlimid、Xarelto，并且销售额达到$280亿。同时苯胺类分子是聚氨酯类材料重要的前体分子物种，聚氨酯类材料广泛应用于滑板和过山车的车轮，有弹性的织物和可压缩泡沫等。这些都是高价值的产品，因此合成和制备苯胺类分子受到化学工作者的广泛关注。
目前的合成方法：1. 简单的苯胺类分子通常是通过苯、甲苯、二甲苯等从石油中得到的，通过苯类分子在酸性条件中修饰硝基NO2，并进行还原反应实现（图1a）。2. 通过Buchwald-Hartwig偶联反应，在含卤的二甲苯衍生物等有机物中通过强碱性环境中或者复杂的金属催化剂条件中反应，通常使用该类过程得到复杂芳烃分子只有当分子中本身含有芳烃环结构（图1b）。
图1. 有机芳胺合成方法总结（a~b. 传统方法 c.本文开发的方法） 拟解决或者拟探索的关键问题探索苯胺类分子的高效合成。 核心内容日前，曼彻斯特大学DanieleLeonori等报道了通过光、Ir/Co两种过渡金属催化剂合成苯胺类分子的工作，该类分子是用于医药、农药、染料、电子学材料、聚合物等领域的关键物种。加州大学圣迭戈分校Valerie A. Schmidt对此项工作在Nature上进行评述和总结。
该方法学通过羰基烷烃化合物和有机胺反应构建含有C-N键的烯胺分子，该烯胺分子中不含芳环结构，有意思的是该分子容易在Ir光催化剂催化中被氧化，失去电子生成烯胺自由基分子，随后在Co催化剂的作用中逐步消除多个氢原子，生成苯胺。该反应可以称作脱氢芳化胺化反应。该方法通过非芳烃类前体分子得到苯胺类分子。 要点1. 反应实施反应实施。通过1.0倍量4-甲基环己酮、1.2倍量有机胺作为反应物，2 mol % [Ir(dtbpy)(ppy)2]PF6作为光催化剂，4 mol %Co(dmgH)2(DMAP)Cl作为催化剂，加入20 mol % AcOH作为Brønsted酸，加入1.5倍量DABCO作为碱，在30~40 ℃中CH3CN溶液和蓝光（440 nm, Kessil PR 160）光照中进行催化反应，实现了80 %的产物产率。
图2. 有机芳胺合成化学方程式
要点2. 底物拓展作者测试了该方法学中对含芳基（富电子芳基、缺电子芳基）的环己胺、氧杂环己胺，刚性螺环烷、环丙烷等一级脂肪胺底物的反应，都能以中等至较高的产率获得产物（图3）；对羰基原料底物的种类进行拓展，同样显示了当羰基底物中含有烷基、氰基、氟、醚、Boc保护的胺基、CF3，含有N杂芳基、呋喃、噻吩等杂芳环的环状羰基底物有中等到较高的产率（图4）。
图3. 有机胺底物拓展
图4. 羰基分子底物拓展
此外，本方法同样适用于NH3作为反应物的情况，通过使用NH3的甲醇溶剂加入到反应中，对多种复杂分子实现了脱氢胺基化反应（图5）。该合成具有较大的效率和效益，比如在二氢香芹酮（77）或薄荷酮（78）的脱氢胺基化反应中，二氢香芹酮（77）和薄荷酮（78）的价格分别为$ 1.7/g和$ 1.3/g，通过NH3进行脱氢芳基化胺化反应得到的81和82产物价格分别为$ 685/g和$ 851/g。 
图5. NH3作为反应物底物拓展 要点3. 反应机理反应机理（图6）。N,O-杂环己烷和4-甲基环己酮在酸性条件中生成烯胺enamine中间体A，随后在激发的Ir*光催化剂作用中烯胺形成自由基B，随后消除H+，生成β-烯胺自由基C；同时，Ir*夺取烯胺分子中的电子还原为Ir(II)，随后Ir(II)通过和Co(III)进行氧化还原反应，生成Ir(III)和Co(II)；Co(II)和自由基C反应，Co(II)夺取C中的氢形成Co(III)-H和二烯胺dienamine。随后再一次和Ir(III)*进行氧化还原反应，生成δ-二烯胺自由基E，并在Co(II)作用中消除H，得到苯环结构分子产物3。该反应的副反应产物为H2O和H2。
图6. 脱氢还原芳基化胺化反应机理
四、作者简介Daniele Leonori教授，2010年于谢菲尔德大学获得博士学位（导师：Prof. IainColdham），2010~2011年于亚琛工业大学作博士后研究员（合作导师：Prof. Magnus Rueping），2011~2012年于马克斯普朗克胶体与界面研究所做博士后研究员（合作导师：Prof. Peter H. Seeberger），2012~2014年于布里斯托大学做博士后研究员（合作导师：Prof. Varinder K. Aggarwal）。2014年入职曼彻斯特大学。研究领域：探索和开发新型催化合成方法，特别是通过N中心自由基构建C-N键。参考文献及原文链接Dighe, S. U., Juliá, F., Luridiana, A., Douglas,J. J. & Leonori, D.*A photochemical dehydrogenative strategy foraniline synthesis, Nature 584, 75–81 (2020).DOI：10.1038/s41586-020-2539-7https://www.nature.com/articles/s41586-020-2539-7 Valerie A. Schmidt*Reactions for making widely used anilinecompounds break norms of synthesis, Nature 584, 46-47 (2020)DOI：10.1038/d41586-020-02283-8https://www.nature.com/articles/d41586-020-02283-8
