来源 |             编辑 | 化学加

导读

一氧化碳是来源丰富而廉价的羰基源，其被广泛用于含有羰基的天然产物、活性药物分子及功能材料的合成。使用一氧化碳，通过过渡金属催化氧化实现C-H/C(X)-H键的羰基化是一类具有步骤、原子经济性的羰基化合物的高效合成方法。但是，过渡金属催化氧化方法需要用到高价金属盐、过氧化物等外部化学氧化剂，这使得该类反应在应用上存在一定局限性。当下，氧气被认为是氧化羰基化中一种绿色氧化剂，但由于其与一氧化碳的混合气体（体积比例在12.5%-74.0%）具有爆炸性，因而限制了其应用。因此，为应对以上问题，很多研究人员都在致力于开发无需外部氧化剂的催化体系。

跳转阅读→【活动报名】医药化工企业家名校化学院访谈暨白银市医药园区考察之旅

雷爱文课题组推测通过阳极氧化可以实现过渡金属催化氧化的C-H键羰基化，而无需外部氧化剂（Scheme 1b）。近十余年来，直接电解氧化在有机合成化学里面的应用已经取得了很大的进展。与此不同的是，通过阳极氧化实现过渡金属催化氧化的C-H键羰基化方法却鲜有报道，这是因为阴极对金属的还原会造成催化剂钝化。

Scheme 1 电化学氧化C-H/C-H键羰基化

为证明电化学氧化C-H键羰基化反应的可行性，本文作者设计了阳极氧化策略来实现无需外部氧化剂的钴催化C-H/N-H键的羰基化。（DOI: 10.1021/acscatal.8b00683）

如Table 1所示，本文作者首先以化合物

1a

作为模型底物来探索阳极氧化的分子内C-H/C-H键的羰基化反应条件。幸运地，本文作者发现在15 mA的恒流电解条件下可以以85%的收率得到目标产物

2a

（entry 1）。其他的催化剂筛选发现，Co(OAc)

2

·4H

2

O是最好的催化剂。更重要的是，如果使用无隔膜电解槽，则由于Co（II）会被Ni阴极还原而得不到目标产物

2a

。

Table 1 分子内反应条件优化

使用以上得到的最佳反应条件，本文作者实现了Table 2所示的大量底物扩展。本文作者发现，苯环上具有甲基、卤素、三氟甲基、甲氧基的苯甲酰胺底物在该条件下均具有较高的耐受性。并且，1-萘基甲酰胺、其他芳酰胺衍生物、丙烯酰胺以及杂环酰胺通过该条件均可以以较高的产率得到目标产物。

Table 2 底物扩展

接着，本文作者又使用该方法成功实现了杂环酰胺与烷基胺分子间的C-H/C-H键羰基化。如Table 3所示，噻吩及吡咯衍生物在6 mA电流点解作用下可与吗啡啉等烷基胺发生羰基化反应，以31%-78%的产率得到酰胺产物。

Table 3. 分子间C-H/C-H键羰基化

   为了验证该方法的实用性，研究人员还使用底物

1b

和

1m

进行了克级规模合成探索。如预想的一样，目标产物

2b

、

2m

均可以以理想的产率得到。值得指出的是，所得到的产物所带的导向基团可以容易地脱除。

Scheme 2. 克级制备及导向基团脱除

   最后，本文作者根据实验结果推出了如Scheme 3.所示的分子内C

?

H/N

?

H键羰基化机理。Co

II

首先与底物

1b

配位得到中间体

A

，

A

接着被阳极氧化得到Co

III

配合物

B

。NaOPiv的作用下，邻位C（sp

2

）-H键被活化得到环状Co

III

配合物

C

。接下来，一氧化碳插入配合物

C

得到配合物

D

。然后，经还原消除即可得到目标产物。最后，还原消除所得到的Co

I

可被阳极氧化得到Co

II

。

Scheme 3. 分子内C

?

H/N

?

H键羰基化机理

概括地说，本文作者成功开发了一种无需添加外部氧化剂的钴催化C-H/C-H键羰基化方法。该方法对分子内及分子间的C-H/C-H键羰基化均有较好的选择性。并且，该方法对不同取代的苯甲酰胺、芳基酰胺以及多种杂环酰胺底物均有很好的耐受性。克级规模合成的成功实现也体现了该方法较高的应用前景。

文章链接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.8b00683

化学加

看到不一样的化学

▼ 注册入驻化学加网快速通道 ▼

（长按识别二维码进入注册）

欢迎广大读者分享赐稿或者有偿投稿

编辑手机/微信/QQ :18676881059 

邮箱：gongjian@huaxuejia.cn

拓展阅读

高考 | 高中化学知识点汇总，你还记得多少？

高考理综试卷来了，你能答对多少？（附真题和答案）

查化学品性质只知道用百度？那你就OUT了

上海有机所刘国生课题组JACS：不对称钯催化非活化烯烃的6-endo氧化氨基乙酰氧基化反应

《我们需要化学》科普片1-6集完整视频，中学生都在追！化学科目兴趣大增！

百年一遇，中国高校化学化工医药院系班长群邀您加入！

一大波高校院所化学夏令营来袭，大家想去那个？

泛滥成灾的小龙虾能让吃货们表演真正的技术吗？

更多精彩，关注本号后，点击菜单栏或回复字母查看

回复 

V

：

Nature/Science

    

回复 

W

：

有机化学

回复

 

T

：

科研动态 

   

回复

 

i

：

美丽化学

回复

 

P

：

化工应用 

   

回复 

L

：

科普知识

回复 

C

：

漫画化学

    

回复

 

D

：

化学趣史

回复

 

F

：

化学

视频 

   

回复

 

Z

：

科技名人

• 武汉大学新生开始报到 女生和姑姑叔叔一同就读武大
• 武大人民医院 探索跨省定点医疗帮扶
• 潜心研究近20年 武大张俐娜院士原创成果远赴成都转化
• 武大录取通知书与通识教材同时发出
• 女护士3年摘17个国家发明专利 还登武大讲台
• JACS：中科院有机所李昂课题组完成Aplysiasecosterol A的首次不
• JACS：上海有机所胡金波课题组开发新型通用三氟甲氧基化试剂
• 武大珞珈一号卫星传回图像
• 这样的武大，你见过吗？
• ACS强化他汀规范管理策略解读:SECURE-PCI及相关研究