含铱催化剂参与的炔烃与硝基芳烃的还原氢胺化反应

《Journal of Catalysis》:Ir-enabled reductive hydroamination of alkynes with nitroarenes

【字体: 时间:2025年09月29日 来源:Journal of Catalysis 6.5

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  铑催化多步骤串联还原氨基化反应高效合成芳香胺,使用硝基芳烃作胺源无需预还原,产率达96%,反应条件温和且无需分离中间体。

  
刘成秀|梁家欣|倪哲军|廖建华|罗仁实|欧阳璐
赣南医学院药学院,中国江西省赣州市341000

摘要

炔烃的直接催化还原氢胺化反应能够实现C-N键的形成。与传统的使用胺类进行炔烃还原氢胺化反应相比,利用硝基芳烃作为胺源的方法仍不够成熟。本文报道了一种新的、实用的铱催化的多步串联还原氢胺化方法,能够在温和条件下以较高的产率(最高达96%)生成一系列芳香胺类化合物。此外,这些炔烃还可以被引入到含有硝基的生物活性分子中,并且易于进行结构修饰。

引言

在传统的接力催化反应中,化学家们通常需要花费大量时间进行分离和纯化步骤,尤其是当合成路线较长时(图1a)。因此,开发不降低产率的多步串联反应(MTRs)以实现一锅法合成已成为一个备受关注的研究方向(图1b)[[1], [2], [3]]。在多步串联反应中,无需重复分离和纯化,因为一步反应的产物可以直接作为下一步反应的原料,从而有可能提高整体产率[4,5]。由于原子经济性和步骤经济性的优势,以及有效避免了中间体的分离,MTRs在复杂天然化合物的全合成和药物研究中得到了广泛应用[6,7]。然而,由于多个活性位点的协同作用以及单一系统内反应条件的复杂性,MTRs的选择性一直受到严格考验。因此,开发高效的MTRs以实现定向合成仍然是一项具有挑战性的任务。
硝基芳烃是一类含有氮的有机分子,其结构稳定且合成方法简单,使其成为制备胺类化合物的理想前体[8,9]。与预先还原的胺类前体相比,硝基芳烃具有经济优势,如易获得的起始原料、良好的储存稳定性,以及省去了额外的还原步骤,从而减少了合成过程中的碳足迹,符合绿色化学的原则[[10], [11], [12]]。因此,利用硝基芳烃直接催化形成C-N键可以简化合成路径,通过原位还原官能化实现高效转化,从而可持续地合成含氮分子。
另一方面,炔烃是一种含有三键碳碳结构的高度不饱和烃类,以其极高的反应性和多样的转化途径而闻名[[13], [14], [15], [16]]。最近,Szotak团队报道了一种使用ImPyDippMesAuCl催化剂进行炔烃还原氢胺化的方法,实现了直接的C-N键形成(图2a)[17]。此外,Chen团队还采用硅烷和NaBH4作为试剂、Cu作为氢胺化催化剂,建立了另一种方法(图2b)[18]。然而,与传统的使用胺类进行炔烃还原氢胺化的方法相比[[19], [20], [21], [22], [23], [24]],使用硝基芳烃进行炔烃还原氢胺化的研究还较为少见,仍有很大的改进空间。这一领域进展缓慢的原因在于多个活性位点的存在会导致竞争性反应和副产物的产生,从而带来诸多挑战。尽管Szotak和Chen在該领域已经取得了初步且令人印象深刻的研究成果,但开发高效的、用于定向合成的催化一锅法还原氢胺化方法仍然是一个亟待解决的问题。
近年来,我们关注了使用Cp*Ir催化剂进行炔烃转化的研究[[25], [26], [27]]。受到之前研究的启发,并基于我们之前的工作,我们推测硝基芳烃是否可以作为耦合试剂,通过Cp*Ir催化剂促进炔烃的还原氢胺化,生成多种高价值的胺类化合物。本文描述了一种新的、实用的铱催化的多步串联还原氢胺化方法(图2c)。我们设想炔烃的水合和硝基芳烃的还原会生成亚胺中间体,随后通过转移氢化生成胺类化合物。这种炔烃与硝基芳烃的还原氢胺化方法操作简单,反应条件温和。

结果与讨论

我们首先以Cp*Ir复合物作为催化剂,HCO2H作为氢源,B2(OH)4和4,4-联吡啶作为还原剂,在DMF/H2O溶液中于60°C下反应12小时,研究了4-乙炔基苯(1a)与硝基苯(2a)之间的反应。在初始条件下,我们设计了一系列Cp*Ir复合物(表1)。结果表明,在铱复合物的存在下,目标产物3aa的产率为12%–51%(表……)

结论

总之,我们提出了一种新的铱催化的一锅法串联还原氢胺化方法,利用硝基芳烃高效地生成多种芳香胺类化合物。该方法操作简单,反应条件温和。水合和还原过程可以在一个反应步骤中完成,从而实现缩合和转移氢化,最终得到胺类化合物。这些胺类化合物可以用于药物分子的研发等应用。

作者贡献声明

刘成秀:实验研究、数据整理。梁家欣:实验研究、数据分析。倪哲军:软件开发、数据分析。廖建华:数据整理。罗仁实:论文撰写、审稿与编辑、项目监督、概念构思。欧阳璐:论文初稿撰写、实验研究、资金申请。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(编号:22161003)和江西省天然与仿生药物研究重点实验室(编号:2024SSY07051)的支持。
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