導(dǎo)語
俞壽云教授課題組簡介 課題組成立于2010月9月，主要開展可見光促進的自由基反應(yīng)及其在合成中的應(yīng)用。自成立以來，該課題組已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、ACS Catal.、Org. Lett.、Chem. Commun.等國際期刊上發(fā)表論文七十余篇。
俞壽云教授簡介 俞壽云，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，課題組負責(zé)人。2001年畢業(yè)于南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位。同年進入中科院上海有機化學(xué)研究所攻讀博士，師從馬大為研究員，2006年6月獲得博士學(xué)位，并留所任助理研究員。2007年10月至2010年4月，在賓夕法尼亞大學(xué)Jeffrey Bode教授小組進行博士后研究。2010年9月，被聘為南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授，建立課題組。2012年增選為博士生導(dǎo)師。2014年入選南京大學(xué)登峰人才支持計劃（B層次）。2016年晉升為教授。
前沿科研成果 可見光氧化還原與銅協(xié)同催化的O-?；壳杌磻?yīng) 氰基亞胺（C=N?CN）結(jié)構(gòu)單元廣泛存在于藥物活性分子中，由于其獨特的電子性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，往往能夠作為前體被用于制備具有重要藥用價值和合成用途的含氮雜環(huán)。盡管其在制藥、農(nóng)藥、光電材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，但目前仍然缺乏氰基亞胺有效合成方法的報道。Aumu?ller 和 Hu?nig證明使用二(三甲基硅基)碳酰二亞胺作為氰基源，過量的四氯化鈦作為輔助試劑能夠有效代替氰化物催化劑實現(xiàn)酮的直接氰基化反應(yīng)（Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1984, 23, 447?448），但由于四氯化鈦不穩(wěn)定且對水分高度敏感，這限制了該方法的應(yīng)用。最近，常州大學(xué)成江與邵鶯團隊分別使用AIBN和乙腈作為氰基源，實現(xiàn)二苯甲酮亞胺的自由基氰基化，但收率最高僅為31%（J. Org. Chem. 2015, 80, 2822?2826; Tetrahedron Lett. 2015, 56, 7056?7058），反應(yīng)的廣譜性也沒有深入研究。因此，從簡單易得的原料出發(fā)獲得結(jié)構(gòu)多樣的氰基亞胺類化合物仍然具有不小的挑戰(zhàn)?？梢姽饣瘜W(xué)與過渡金屬催化的結(jié)合為構(gòu)建有機分子提供了一種新穎的活化模式，而俞壽云課題組也一直致力于可見光促進的氮自由基化學(xué)在有機合成中應(yīng)用的研究。在這些工作的基礎(chǔ)上，俞壽云課題組提出了光氧化還原和銅協(xié)同催化的策略，采用O-?；亢?/span>O-酰基羥酰胺作為氮自由基前體，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)多樣的氰基亞胺和氰基胺類化合物的合成（圖1）。 圖1. 氰基亞胺的合成方法 （來源：Org. Lett.） 作者首先選用O-?；?/span>1a作為模板底物與TMSCN反應(yīng)，對該氰基化反應(yīng)的最佳條件進行了研究（圖2）。經(jīng)過對光催化劑、配體、溶劑等一系列條件進行篩選，確定了最優(yōu)條件，能夠以95%的分離收率得到所需的氰基化產(chǎn)物3a?？刂茖嶒灡砻鞣磻?yīng)中可見光照，光敏劑和銅皆為該反應(yīng)的必要條件。 圖2. 條件優(yōu)化 （來源：Org. Lett.） 隨后作者研究了該反應(yīng)的底物適用范圍（圖3）。對稱二苯甲酮衍生的O-?；坎皇芊辑h(huán)上取代基位阻與電子效應(yīng)的影響，均被證明是合適的候選底物，并以良好的收率（81-95％）獲得了相應(yīng)的產(chǎn)物3a-3d。環(huán)狀二芳基酮衍生的O-酰基肟在最優(yōu)條件下同樣適用，并以合成有用的收率（70-90％）提供了氰基亞胺3e-3g。雜原子（S，O和N）的引入，并不會對目標產(chǎn)物3h?3j的收率造成顯著的影響（54-92％）。噻吩與抗高血脂藥物非諾貝特衍生的底物同樣可以兼容，且收率極高。此外，對于烷基芳基酮衍生的底物同樣能夠以較高的收率（48-87％）得到相應(yīng)的氰基亞胺3m-3t，具有良好的底物適用性。值得注意的是，α，β-不飽和酮衍生的O-?；恳材軌蛞?8%的收率轉(zhuǎn)化為所需的目標產(chǎn)物3u，進一步拓展了底物范圍。放大實驗表明，反應(yīng)能夠以克級規(guī)模和85%的收率獲得目標產(chǎn)物3a。 圖3. 氰基亞胺底物拓展 （來源：Org. Lett.） 為了進一步探索該策略的合成潛力，作者嘗試將當(dāng)前的雙催化體系應(yīng)用于O-?；u酰胺類底物4（圖4）。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)N-取代基對該反應(yīng)的反應(yīng)性具有非常顯著的影響。只有N-異丙基（4b）和叔丁基（4c）羥酰胺可以提供相應(yīng)的氰基胺5b和5c。而在空間上位阻更大的叔丁基基團的收率更高（60％）。 圖4. 氰基胺底物拓展 （來源：Org. Lett.） 基于氰基亞胺能夠作為重要的前體有效地用于多種功能豐富含氮雜環(huán)的合成，作者隨后將注意力轉(zhuǎn)向了這些新制備的氰基亞胺合成潛力的研究（圖5）。衍生化實驗表明，氰基亞胺可以很方便地轉(zhuǎn)化為殺蟲劑前體（6a-6b）和抗腫瘤活性化合物8。此外,潛在的有機電致發(fā)光材料13的成功合成進一步突出了該反應(yīng)的應(yīng)用價值。 圖5. 合成實用性和衍生化實驗 （來源：Org. Lett.） 為了驗證該反應(yīng)可能的反應(yīng)機理，作者進行了機理驗證實驗（圖6）。一系列控制實驗證明體系中光催化劑與可見光照射對該氰基化反應(yīng)是不可或缺的。當(dāng)缺少銅和配體的情況下，同樣不能觀察到目標產(chǎn)物的生成，只能得到少量的二苯甲酮14和亞胺自由基自聚的副產(chǎn)物15。此外，自由基抑制劑TEMPO的加入能夠顯著抑制氰基亞胺產(chǎn)物的生成。這些結(jié)果進一步表明，該反應(yīng)類型為自由基反應(yīng)，亞胺自由基16能夠通過光氧化還原催化產(chǎn)生，而銅催化循環(huán)對亞胺自由基的氰基化至關(guān)重要。 圖6. 機理驗證實驗 （來源：Org. Lett.） 最后，作者提出了可能的反應(yīng)機理（圖7）。首先，激發(fā)態(tài)光催化劑Ir(III)*通過單電子轉(zhuǎn)移還原O-?；?/span>1，得到亞胺自由基I和羧酸根陰離子ArCO2-。隨后，在TMSCN及羧酸根陰離子ArCO2-存在的條件下，Ir(IV)物種氧化LCuICN，得到LCuII(CN)2活性物種的同時再生Ir(III)物種。LCuII(CN)2活性物種能夠有效捕獲亞胺自由基I，得到高價的CuIII復(fù)合物II。最后通過還原消除得到氰基亞胺3并且再生LCuICN物種，完成反應(yīng)的銅催化循環(huán)。 圖7. 可能的反應(yīng)機理 （來源：Org. Lett.） 南京大學(xué)俞壽云教授課題組通過可見光氧化還原與銅協(xié)同催化，采用O-?；亢?/span>O-酰基羥酰胺作為氮自由基前體，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)多樣的氰基亞胺和氰基胺類化合物的合成。該方法具有高收率、條件溫和、官能團兼容性良好和底物適用范圍廣泛等特點，是一種新型的合成氰基亞胺和氰基胺的有效方法。相關(guān)成果發(fā)表在Org. Lett. 上，該論文的第一作者是南京大學(xué)博士生張昊。南京大學(xué)俞壽云教授和河海大學(xué)張愛華副教授為本論文的共同通訊作者。
