南京理工姜超课题组联合美国Scripps研究所余金权教授团队在烷基硝酸酯合成化学研究上取得新进展

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导读

近日，南京理工大学化工学院姜超课题组联合美国Scripps研究所余金权教授团队在化学类国际顶级期刊ACS Catalysis杂志在线发表了题为《实用氧化剂实现钯催化酮和酰胺衍生物β-C(sp3)-H硝酸酯化》的研究论文。（https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04188）。

酮及其衍生物作为合成单元和天然产物在有机化学中无处不在。惰性β-C(sp3)-H的直接官能化可以进一步扩展酮的合成效用。与羧酸和胺的C(sp3)-H官能化相比，使用共价或瞬态导向基团的酮的β-C(sp3)-H 官能化在底物范围和转化方面都受到高度限制。在众多含氧官能团中，硝酸酯基团的结构和应用是独特而多样的。有机硝酸盐可作为一氧化氮供体在各种药物中广泛应用，如硝酸甘油。另外，硝酸酯基团是潜在的高能片段，可用于含能材料的开发研究中。此外，将其作为离去基团与不同亲核试剂反应，可获得多种高附加值的化合物。然而，硝酸酯类化合物的合成方法却鲜有报道。

图2酮衍生物C(sp3)-H硝酸酯化底物范围

为了进一步发展C-H硝酸酯化的合成策略，作者又将注意力转向天然酰胺衍生物。经过大量的尝试与探索，在酮底物的工作基础上，建立了以硝酸银作为硝酸酯基的来源，N-碘代丁二酰亚胺（NIS）作为氧化剂制备C(sp3)-H硝酸酯化的酰胺衍生物的新方法。该反应无需安装导向基，单取代选择性高，并且具有广泛的普适性以及良好的官能团耐受性，包括酯基，三氟甲基，氟官能团，醚官能团等一系列链状酰胺和内酰胺都可以在温和的条件下实现β-硝酸酯化，该反应可以克级规模放大，证明了酰胺硝基氧基化的潜在可扩展性。

图3天然酰胺衍生物C(sp3)-H硝酸酯化底物范围

为了阐述酮底物的反应机理，作者制备合成了Pd(II)中间体，并分别用作催化剂和底物，在标准反应条件下反应，均能以中等产率得到β-C(sp3)-H硝酸酯化产物，从侧面了证实了反应过程中可能经历了二价环钯中间体。由此提出了Pd(II)/Pd(III)/Pd(IV)的催化循环机理。

九水硝酸铁(III)作为酮底物C(sp3)-H硝基氧化的氧化剂和硝酸盐来源非常具有实用价值。中性酰胺的β-C(sp3)-H 硝酸酯化是通过将NIS作为氧化剂和硝酸银作为硝酸盐源来实现的，吡啶3-磺酸配体是实现优异反应性的最佳选择。钯环中间体的表征为酮底物中氨基氧酰胺助剂的L,X型配位模式提供了证据，对提出的Pd(II)/Pd(III)/Pd(IV)催化循环提供了依据。

据悉，南京理工大学博士生薛媛和美国Scripps研究所博士生Han Seul Park是本文共同第一作者，该研究由国家自然科学基金、南京理工大学、江苏省高等学校优先学术发展项目资助。

全文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04188

来源：南开理工大学