 导语 从两个反应底物分子中分别拿走两个氢原子，构建两个新的化学键从而形成一个环状化合物，这是最简单、最直接的构环方法，符合原子经济性、步骤经济性的要求。近来，西北师范大学霍聪德教授课题组提出了上述双氧化脱氢（Double Oxidative Dehydrogenative, DOD）环化反应的概念，并通过三个反应证实了DOD环化的可行性，相信DOD环化的概念在将来会得到更广泛的发展。 霍聪德教授课题组简介 西北师范大学霍聪德课题组成立于2009年，课题组主要从事“经历单电子氧化过程的合成方法学研究”。相关工作主要分为两类：一、经历单电子氧化过程的氧化偶联反应；二、经历自由基正离子过程的链式反应。此外，课题组也进行绿色化学及药物化学方面的研究探索。课题组以培养优秀硕士研究生为主要目标。目前已经毕业硕士研究生12名。每名毕业研究生至少完成2个课题，发表2篇SCI论文，最多的曾发表4篇SCI研究性论文。希望招收博士研究生的课题组关注霍聪德课题组的硕士毕业生，为他们提供进一步深造的机会。 霍聪德教授简介 霍聪德，西北师范大学化学化工学院教授，甘肃省青年“飞天学者”。2005年于兰州大学获博士学位，导师为刘中立教授。2005-2009年在香港理工大学及加拿大麦吉尔大学做博士后研究，导师陈德恒教授。目前，已在Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Soc. Rev., Org. Lett., Chem. Commun.,Adv. Synth. Catal., J. Org. Chem., Org. Biomol. Chem.等SCI学术期刊上发表论文40余篇。 前沿科研成果 双氧化脱氢（DOD）环化反应 近年来，氧化脱氢偶联反应受到了有机化学研究人员的广泛关注。这类反应可以看作两个反应底物分子分别被拿走一个氢原子后构建一个新的化学键。新构建的化学键可以是碳碳键，也可以是碳杂原子键。有机化学是含碳化合物的化学，所以氧化脱氢偶联反应构建碳碳键的研究最为引人注目。此类研究可以追溯到很久以前，如1956年的Eglinton反应，1967年的Fujiwara-Moritani反应等。但在那个年代，氧化脱氢偶联反应并未受到足够的关注。进入21世纪后，随着原子经济性、步骤经济性、绿色化学、可持续发展等概念的流行，氧化脱氢偶联反应成为了有机化学的研究热点。 单电子氧化（One-Electron Oxidation, OEO）是从中性有机分子中转移一个电子，生成自由基正离子中间体的反应。当分子被氧化成自由基正离子中间体后，其α位碳氢键的键能会显著减弱。课题组利用这一原理，发展了氧化脱氢碳氢官能团化反应（Chem. Commun., 2016, 52, 13341）。霍聪德课题组近年来通过单电子氧化活化反应底物，在氧化脱氢偶联反应，特别是氧化脱氢环化方面作了较为系统的工作。 在氧化脱氢[4+2]环化反应方面的研究成果：1）在自氧化条件下完成了甘氨酸衍生物与富电子苯乙烯类化合物的氧化波瓦罗夫芳构化串联反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 13544）；2）实现了四溴化碳在有氧条件下促进的更具底物普适性的甘胺酸衍生物与烯烃的氧化波瓦罗夫芳构化串联反应（Chem. Eur. J. 2015, 21, 5723）；3）实现了铜催化甘胺酸衍生物和二氢呋喃、二氢吡咯的氧化环化串联反应，合成了系列的喹啉并内酯、喹啉并内酰胺衍生物（Adv. Synth. Catal. 2015, 357, 3648）；4）实现了钴催化的有氧条件下N,N-二甲基芳胺与二氢呋喃之间的氧化波瓦罗夫反应，制备了一系列六氢呋喃并喹啉类衍生物（Tetrahedron Lett. 2016, 57, 5127）。 在氧化脱氢[3+2]环化反应方面的研究成果：1）实现了铜/氧气条件下甘氨酸酯与氮杂环丙烷的氧化脱氢[3+2]环化反应，构建咪唑啉类杂环骨架（Org. Lett. 2018, 20, 92）；2）实现了铜催化的有氧条件下甘氨酸衍生物与当归内酯的氧化脱氢[3+2]环化反应，在温和简单的反应条件下制备了一系列复杂的吡咯烷酮类化合物（Org. Lett. 2015, 17, 4208）；3）实现了四溴化碳促进的氨基吡啶与1,3-二羰基化合物的[3+2]环化反应，合成了多种咪唑并吡啶类杂环化合物（Org. Lett. 2016, 18, 1016）；4）实现了自氧化条件下苯硫酚与炔烃的[3+2]环化反应，构建苯并噻吩类杂环结构（Org. Biomol. Chem. 2018, 16, 1667）。 在分子内氧化脱氢环化反应方面的研究成果：1）利用非常古老的三芳基胺自由基正离子盐（1926年由Weitz制备），在有氧条件下实现了芳基四氢异喹啉的分子内氧化脱氢环化反应（J. Org. Chem. 2014, 79, 9860）；2）实现了催化量四溴化碳促进的芳基醛分子内氧化脱氢芳基化反应，构建复杂的氧杂蒽酮及芴酮类杂环化合物（Org. Biomol. Chem. 2017, 15, 1589-1592）。 近来，课题组提出了双氧化脱氢（Double Oxidative Dehydrogenative, DOD）环化反应的概念：从两个反应底物分子中分别拿走两个氢原子，构建两个新的化学键从而形成一个环状化合物，这是最简单、最直接的构环方法，符合原子经济性、步骤经济性的要求。 图1. 双氧化脱氢（DOD）环化反应的设计 （来源：Org. Lett.） 作者首先选用了[4+2]环化反应展开研究。如上图1所示，1960年代出现的波瓦罗夫反应已经成为构建喹啉骨架的重要方式，2011年，甘氨酸衍生物与苯乙烯之间的氧化波瓦罗夫反应成为现实。作者希望利用DOD环化概念，实现甘胺酸衍生物与乙苯的环化反应。乙苯是世界上产量最大的烷基苯类化合物，是化工行业中广泛使用的、价格非常低廉的试剂。同时，乙苯是苯乙烯的上游原料，大部分的苯乙烯由乙苯作原料生产得到。因此，实现甘氨酸酯和乙苯的DOD环化反应，对有机反应方法研究和合成应用都具有重要意义。这一反应的实现，将波瓦罗夫反应推进到一个新阶段（Org. Lett. 2018, 20, 4649–4653）。 作者通过条件优化，确定了以CuCl2（10 mol ％）为催化剂，DDQ（2.5 equiv）为氧化剂，温度60-90 ℃，氧气气氛为最优的反应条件。反应以63%的收率得到了模板反应的产物，并且单晶衍射证实了结构的正确性。随后底物拓展顺利完成，30多个实例证实了反应适用范围十分广泛。 图2. 反应适用范围考察 （来源：Org. Lett.） 这一成果近期发表在Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.8b01941）上，文章的第一作者是西北师范大学2017级硕士研究生姜伟。该研究工作得到了国家自然科学基金（21562037）的资助。 课题组利用DOD环化概念，实现的反应还有：铁催化的甘胺酸衍生物与四氢呋喃的DOD串联环化反应（Org. Lett. 2015, 17, 5028），以及在有氧条件下四溴化碳促进的甘胺酸衍生物与二氧六环的DOD环化反应（Adv. Synth. Catal. 2016, 358, 724）。这三例反应的实现，证实了DOD环化的可行性，相信DOD环化概念在将来会得到更广泛的发展。 关于人物与科研 * 欢迎联系：editor@chembeango.com ·END· |
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