可见光诱导的吖啶盐催化的氮杂环化合物的N-脱烷基化反应
近日,陕西科技大学刘珊珊老师科研团队开发出可见光诱导吖啶催化技术,成功实现氮杂环化合物中“顽固”烷基保护基的高效去除!这一技术无需传统金属催化剂,仅凭光能驱动,即可精准脱除甲基、乙基等稳定烷基,填补了氮杂环脱烷基化反应存在的技术空白。
研究人员以N-CH3-3-COCF3吲哚(1a)为模型底物,对多种反应条件进行了筛选。发现使用[Mes-Acr]+BF4–作为催化剂,在蓝光LED照射下,可获得74%产率的目标产物。进一步测试多种有机光催化剂发现[Mes-Acr]+ClO4–表现更佳,其在激发态具有优异的氧化能力,可有效促进反应。而当更换氯源或溶剂时,反应产率均有所下降,且在酸性或碱性条件下反应受阻。最终确定最佳反应条件为:[Mes-Acr]+ClO4–(5 mol%)作为催化剂,NCS(0.10 mmol)作为添加剂,在MeCN(1.0 mL)中,搅拌12小时。
(来源:Chemical Communications)
(来源:Chemical Communications)
在最佳条件下,研究人员对多种吲哚及其类似物进行了底物拓展实验。结果表明,无论是烷基、Boc、Tosyl还是苄基等保护基的吲哚衍生物均能顺利反应,得到目标去烷基化产物,产率从中等到优良不等。含有吸电子基团(如COCF3、CHO、CN等)的吲哚也能顺利反应。此外,该反应还适用于吲唑、咔唑、吲哚啉-2-酮和靛红酸酐等其他氮杂环化合物,展现出良好的底物适用性。
(来源:Chemical Communications)
通过荧光猝灭实验发现,底物1a能显著猝灭激发态光催化剂,推测其通过单电子转移(SET)方式还原激发态光催化剂。光照实验表明反应需要持续光照才能进行,排除了自由基链式传播过程。控制实验发现,加入TEMPO可抑制反应,且可捕获Cl•加合物,说明Cl•可能参与反应。进一步实验表明水在反应中作为质子源。基于上述结果,提出了可能的反应机理:激发态的吖啶盐催化剂从底物中获取电子,形成氮自由基阳离子I和还原态的光催化剂[Mes-Acr]•还原态光催化剂通过单电子氧化被NCS和氧气再生。原位生成的氯自由基通过氢原子转移(HAT)过程形成HCl和吲哚阳离子II。随后,O2•对阳离子II进行亲核攻击生成过氧自由基III,其经还原和质子化形成过氧中间体V。中间体V分解生成N-甲酰化衍生物IV,最终在HCl促进下水解得到去甲基化产物3a。
(来源:Chemical Communications)
总结:该研究报道了一种由NCS促进的可见光诱导的吖啶盐催化的氮杂环N-脱烷基化方法,无需过渡金属催化,具有广泛的底物适用性,且对空气和水分不敏感,在实际应用中具有很大的潜力。
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