【JACS】马普所Josep Cornella:光活性亚氨基铋烷用于催化C-H键胺化反应

直接C(sp³)-H键官能团化是构建化学键的重要策略,可避免底物预活化并缩短合成路线。其中,C-N键的构建尤为关键,因为胺类产物广泛存在于生物活性分子中。过渡金属催化的C-H胺化反应通过金属-nitrenoid中间体(M-NR)实现了高效、高选择性的转化,其反应性依赖于金属d轨道的电子排布。近日,马克斯·普朗克煤炭研究所(Max-Planck-Institut für Kohlenforschung)Josep Cornella团队基于铋在多种氧化态间转化的能力,设计了一种铋催化的光活性亚氨基铋烷体系,成功实现了C-H键的直接胺化和叠氮化,突破了传统过渡金属催化中底物需预保护、易发生N-胺化等局限。本文研究亮点:
1. 首次实现主族亚氨基铋烷的可见光催化C-H胺化:在蓝光(456 nm LED)照射下,亚氨基铋烷发生配体-配体电荷转移(LLCT),产生氮中心自由基,进而通过氢原子转移(HAT)过程实现C-H键的夺取和C-N键的形成。在分子内C-H胺化模型中,仅用1.0 mol%的铋催化剂即可获得91%的分离产率(化合物4a)。
2. 广泛的底物适用范围与高非对映选择性:该催化体系适用于多种N-保护的吡咯烷、哌啶、氮杂环庚烷、螺环胺以及无环胺底物。例如,N-Boc-吡咯烷与TrocN₃反应得到α-C-H胺化产物7a,产率77%;带有氰基、羟基、溴、苯基、酰胺、吡唑等官能团的δ-取代哌啶均能顺利反应,并表现出高的反式非对映选择性(7l–7r)。天然产物衍生物如利培酮片段(5w)、曲昔匹特衍生物(5x)以及(-)-尼古丁(5y)均可被官能团化。此外,N-Boc保护的L-脯氨酸(5z)也能以高非对映选择性得到产物。
3. 叠氮化产物的合成转化潜力:所得α-叠氮基胺(9c)可作为多功能合成中间体,在多种转化中表现出优异性能:与3-乙炔基噻吩发生[3+2]环加成得到四唑10a;被三甲氧基磷还原为磷酰胺10b(产率76%);在甲醇或水中发生亲核取代得到甲氧基化(10c)和羟基化产物(10d);与烯丙基三甲基硅烷反应得到烯丙基化产物10e(产率良好);与有机三氟硼酸钾盐反应得到芳基化产物10f(产率48%)。这些转化证明了该方法在复杂分子后期修饰中的实用价值。
本研究通过设计光活性亚氨基铋烷催化体系,成功将主族元素铋引入C-H键直接胺化和叠氮化反应中,实现了与过渡金属互补的反应性,特别是在无保护仲胺底物的兼容性方面展现出独特优势。
论文信息:
Takuya Tsuruta, Hye Won Moon, Markus Leutzsch, Benedict A. Williams, Davide Spinnato, Raquel Maray-Antolín, Aaron Ullman, Josep Cornella*. Photoactive Iminobismuthanes for Catalytic C−H Amination.
J. Am. Chem. Soc., 2026, DOI: 10.1021/jacs.6c04805.
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