钌催化电化学合成稠合喹唑啉酮的可持续策略及其在药物与材料科学中的应用

为解决传统氧化环化中化学计量添加剂和有毒氧化剂的问题，研究人员开发了钌催化电化学驱动喹唑啉酮与炔烃环化新策略。该研究利用电能作为绿色氧化剂，仅副产氢气，在无配体条件下高效合成稠合多环杂芳烃，具有优异底物兼容性和原子经济性，为可持续杂环合成提供创新方案。

　　

在当代药物化学和材料科学领域，稠合多环杂芳烃（fused polycyclic heteroarenes）因其独特的生物活性和光电性质成为研究热点。其中，喹唑啉酮（quinazolinone）衍生物作为重要结构单元，广泛存在于抗肿瘤、抗菌及抗病毒药物中。然而，传统合成方法通常依赖化学计量氧化剂（如高价金属盐或有机过氧化物），不仅产生大量废弃物，还面临原子经济性低、环境污染严重等问题。这促使科学家寻求更加绿色高效的合成策略。

近日发表于《Asian Journal of Organic Chemistry》的研究提出了一种革命性的解决方案——通过钌催化的电化学环化反应实现喹唑啉酮与炔烃的高效耦合。该工作由印度孟买化学技术学院的Nilam Patil、Priyanka R. Angarkhe和Bhalchandra M. Bhanage团队完成，他们巧妙利用电能作为清洁氧化源，在无需外加配体的温和条件下成功构建了多种稠合喹唑啉酮骨架，且分子氢成为唯一副产物。

研究团队采用电化学驱动（electrochemically driven）策略，以[RuCl₂(p-cymene)]₂为催化剂，在未分化电池中恒电流条件下实现C-H/N-H键活化和炔烃环化。关键技术包括：1）电化学氧化替代传统化学氧化剂；2）钌催化体系无需添加配体；3）采用宽电位窗口电解槽优化电子转移效率；4）通过核磁共振波谱（NMR）和高分辨质谱（HRMS）对产物结构进行表征。

底物适用性研究

通过考察不同取代基的喹唑啉酮（含给电子基、吸电子基、卤素等）与各类炔烃（芳基炔、烷基炔）的反应性，证实该方法具有优异官能团耐受性。例如，带有甲氧基、氟原子甚至噻吩基团的底物均能以62-88%的产率获得目标产物。

反应机理探究

通过循环伏安法（CV）和控制实验证明，反应经历钌催化的C-H键金属化、炔烃插入及电化学氧化还原过程。关键中间体钌环络合物（ruthenacycle intermediate）在阳极氧化作用下发生电子转移，最终通过分子内亲核进攻形成稠环体系。

合成应用价值

该方法成功应用于克级规模合成（gram-scale synthesis），且反应后催化剂可通过简单萃取回收再利用。与需银盐或铜氧化剂的传统方法相比，电化学路径使原子经济性（atom economy）从不足50%提升至近90%。

该研究首次将电化学合成与钌催化C-H活化相结合，为稠合氮杂环构建提供了绿色新范式。其重要意义在于：1）摆脱对有毒氧化剂的依赖，符合绿色化学原则；2）反应条件温和且操作简便，具备工业化潜力；3）为药物分子修饰提供了新工具，例如可快速构建类天然产物骨架。作者在讨论中指出，该策略可进一步拓展至其他杂环体系，为可持续有机合成开辟了新方向。