近期，北京大學(xué)藥學(xué)院天然藥物及仿生藥物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室焦寧課題組報(bào)道了苯乙烯類化合物脫烯基碳碳鍵斷裂新反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了烯基芳烴原位氮化、氧化定點(diǎn)精準(zhǔn)脫烯基官能化修飾，開發(fā)了基于烯烴碳碳鍵斷鍵新策略，方法操作簡單，適用范圍廣泛，具有潛在的工業(yè)應(yīng)用前景，以題為 “Selective Dealkenylative Functionalization of Styrene via C-C Bond Cleavage” 發(fā)表在Research上 (Research, 2020, 7947029, DOI: 10.34133/2020/7947029)。
研究背景
苯乙烯作為大宗的化工產(chǎn)品與化學(xué)中間體被廣泛應(yīng)用于化學(xué)合成中，是聚苯乙烯的單體，由其制備的材料被廣泛用于橡膠、塑料、絕緣材料、玻璃纖維、汽車、船體、食物容器和地毯的生產(chǎn)。據(jù)美國能源部統(tǒng)計(jì)，2010年全球苯乙烯的年產(chǎn)量高達(dá)2500萬噸。由于其豐富的來源以及廣泛的應(yīng)用前景，過去百年間，化學(xué)家們基于烯烴化合物發(fā)展了一系列化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，進(jìn)一步拓展了其功能：其中烯烴復(fù)分解反應(yīng)和Heck反應(yīng)被授予“諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)”，以表彰該方法在天然產(chǎn)物、藥物分子合成及材料學(xué)方面的應(yīng)用（圖1）。
圖1 基于苯乙烯化合物的轉(zhuǎn)化
過去芳基烯烴轉(zhuǎn)化方法都是基于碳碳雙鍵、烯烴C(sp2)-H鍵以及烯丙位C(allylic)-H鍵的轉(zhuǎn)化；而其他類型的轉(zhuǎn)化研究比較少：尤其是通過脫烯基碳碳鍵斷裂未見報(bào)道（圖2）。
圖2 基于苯乙烯的化學(xué)斷鍵模式
北京大學(xué)藥學(xué)院焦寧團(tuán)隊(duì)通過串聯(lián)活化策略，通過熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)首次實(shí)現(xiàn)了具有挑戰(zhàn)性的脫烯基C(Ar)-C(alkenyl)單鍵的斷裂（鍵解離能116.9 kcal/mol）。以簡單易得的疊氮試劑和商品化的雙氧水水溶液作為氮源和氧源，將苯乙烯原料轉(zhuǎn)化為高附加值苯胺及苯酚類含氮含氧芳香族化合物：該反應(yīng)在氧化還原中性的條件下，無需金屬參與，條件簡單，操作方便，具有潛在的應(yīng)用前景。該方法為芳基烯烴的轉(zhuǎn)化提供了新思路，實(shí)現(xiàn)了大宗化學(xué)品利用新突破。該研究的主要挑戰(zhàn)是如何克服苯乙烯碳碳雙鍵斷裂的固有反應(yīng)性。例如：過去的方法學(xué)認(rèn)為雙氧水很容易與烯烴發(fā)生環(huán)氧化以及在氧化性條件下苯乙烯化合物很容易斷裂生成醛、酮、酸等副產(chǎn)物（圖3）。
圖3 基于苯乙烯的碳碳鍵斷裂挑戰(zhàn)
圖4 苯乙烯化合物脫烯基氮化氧化
未來展望
基于苯乙烯類烯烴化合物的轉(zhuǎn)化，作者提出了非傳統(tǒng)碳碳單鍵斷裂新策略，開發(fā)了烯烴的新利用途徑及斷鍵模式，為烯烴活化及小分子的利用提供了思路。此外，脫烯基策略提供了烯烴化合物原位定點(diǎn)高效官能化方法，為芳香族化合物的合成提供了高效、高選擇性的新途徑。
作者簡介
焦寧，北京大學(xué)藥學(xué)院教授，長期致力于綠色化學(xué)、藥物合成的綠色化、基于代謝類疾病的新藥發(fā)現(xiàn)研究，在氧化反應(yīng)、氮化反應(yīng)、鹵化反應(yīng)等研究領(lǐng)域中取得了一系列創(chuàng)新性的成果，提出了簡單碳?xì)浠衔锏戏磻?yīng)的概念，利用氧氣為氧化劑突破了氧合反應(yīng)的瓶頸，通過氧化、氮化、鹵化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)藥物活性中間體的綠色、高效合成及修飾，取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性成果，為布洛芬、酮洛芬、萘普生、扎托洛芬、雌酚、生育酚、花椒毒素，扁豆毒素，青藤堿等藥物和天然產(chǎn)物的后期高效修飾提供了有效方法。
