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Asian J. Org. Chem. :光催化烯酰胺的芳基羧基化反应合成α-氨基酸2022-08-05
二氧化碳由于其丰富、无毒和可再生等特点,被认为是理想的C1来源。利用光将二氧化碳转化为高附加值化学品,由于其可持续发展的潜力,近年来受到合成化学研究的广泛关注。然而,通过可见光促进二氧化碳合成α-氨基酸仍然非常有限。α,α-二取代-α-氨基酸骨架广泛存在于药物分子和生物活性分子的结构中,如代谢谷氨酸受体(mGluR)激动剂等。最近,福建物质结构研究所李纲和付蕾团队利用烯酰胺、芳基碘化物与二氧化碳在可见光照射下,经过三组分光氧化还原促进的芳基羧基化反应实现了一系列α,α-二取代-α-氨基酸的合成(图1)。

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图1. 三组分芳基羧基化反应合成α,α-二取代-α-氨基酸

在该工作中,作者分别对烯酰胺和芳基碘化物进行了适应性考察,生成一系列的α,α-二取代-α-氨基酸,并通过X射线单晶衍射分析确定了产物的结构(图2)。值得注意的是,此方法对苯环上的卤素原子入氟氯溴都能兼容;对于药物分子中常见的三氟甲基和三氟甲氧基等该反应也显示出良好的兼容性。有趣的是,杂环化合物3-碘吡啶也可以参与反应。此外,较难还原的环烷基碘化物也与该方法兼容。最后,利用天然产物(-)-薄荷醇和(-)-冰片衍生的碘化物参与反应,可以分别得到含有(-)-薄荷醇和(-)-冰片片段的α,α-二取代-α-氨基酸的衍生物(图3)。

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图2. 烯酰胺适应性考察

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图3. 芳基碘化物适应性考察

此外,令人欣喜的是,该反应可以在阳光下进行,反应7小时后以中等收率得到目标产物,增加了该反应的绿色可持续发展的潜力(图4)。

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图4. 在阳光下进行反应

基于一系列控制实验和表征,作者提出了可能的反应机理。在蓝光照射下,产生激发的Ir光催化剂PC*(A),然后用本课题组发展的4-COOK-HE还原淬灭激发态的光催化剂,得到低价态PC•−(B)和自由基C与CO2。PC•−(B)随后还原碘苯2a产生的苯基自由基D加成到烯酰胺1a后得到自由基中间体E,再经单电子转移得到阴离子F,随后与二氧化碳发生亲核加成得到羧酸J,最后对羧酸进行甲基化得到甲酯3a(图5)。

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图5.可能的反应机理

本研究发展了一个利用CO2作为羧基源,从廉价易得的烯酰胺和芳基碘化物出发,在可见光氧化还原促进下合成了具有高附加值的α,α-二取代-α-氨基酸的方法。该方法为利用CO2转化为高附加值的精细化学品提供了一种可选择的绿色合成方法。

文信息

Visible-Light-Induced Arylcarboxylation of Enamides with CO2 and Aryl Iodides to Synthesize α-Amino Acids

Meng Zhang, Lei Yang, Chunlin Zhou, Dr. Lei Fu, Prof. Dr. Gang Li

Asian Journal of Organic Chemistry 

DOI: 10.1002/ajoc.202200087

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