中國科學院理化技術(shù)研究所王乃興研究員課題組聚焦雜環(huán)化合物的氧化偶聯(lián)反應，從雜環(huán)化合物的C-H鍵氧化偶聯(lián)及通過C-H鍵的氧化偶聯(lián)形成新的雜環(huán)骨架兩個方面總結(jié)了自2010年以來空氣及氧氣作為氧化劑的氧化偶聯(lián)反應進展，簡要討論了該類反應的模式和機理研究，并分析總結(jié)了該研究方向面臨的機遇和挑戰(zhàn)。
C-H鍵通常存在于有機分子中，由于它們具有較高的鍵離解能，傳統(tǒng)上被認為是不活潑的。近幾十年來，活化相對惰性的C-H鍵已成為現(xiàn)代有機化學研究的熱點。與傳統(tǒng)的合成方法相比，C-H鍵活化表現(xiàn)出更好的原子效率，避免了底物的預官能化，簡化了合成步驟，因此更加符合綠色化學的要求。因此，C-H鍵的氧化偶聯(lián)是構(gòu)建C?C或C?X（X = N、O、S或P）鍵的最直接和最經(jīng)濟的方法之一。通常，這種氧化偶聯(lián)反應中，過量的外部氧化劑(包括無機氧化劑和有機氧化劑等)的使用是必不可少的。然而，這些氧化劑的加入使整個催化循環(huán)過程復雜化，并帶來不可預測的副反應。因此，從原子經(jīng)濟性和環(huán)境友好性的角度來看，使用清潔環(huán)保的空氣或分子氧作為氧化劑是非常有價值的，并且適合于工業(yè)催化應用。 雜環(huán)化合物是一類龐大而多樣的有機物，由于氮、磷、氧、硫和官能團等雜原子的存在，它們具有獨特的生物活性。并廣泛存在于天然產(chǎn)物、藥品、農(nóng)用化學品和功能材料中。王乃興研究員課題組結(jié)合其發(fā)展的氧氣參與的甲基雜芳烴與吲哚的高效氧化偶聯(lián)反應，聚焦雜環(huán)化合物的氧化偶聯(lián)，總結(jié)了雜環(huán)化合物的C-H鍵氧化偶聯(lián)及通過C-H鍵的氧化偶聯(lián)形成新的雜環(huán)骨架的研究進展，并總結(jié)歸納了該研究方向面臨的機遇和挑戰(zhàn)：1） 只有少數(shù)反應使用空氣中的氧氣作為氧化劑。2） 貴金屬仍然普遍用作催化劑，在轉(zhuǎn)化完成后被丟棄，限制了其進一步的工業(yè)應用。3） 較少的C-H鍵的無金屬氧化偶聯(lián)的更值得期待。4） 清潔可再生的光和電新型能源具有巨大的潛力，但在進一步應用方面存在許多困難。5） 使用O2作為氧化劑的不對稱氧化很少被報道，并且面臨著重大挑戰(zhàn)。6） 從理論上講，迫切需要進行更詳細的機理研究，以進一步了解反應途徑，促進新催化劑和轉(zhuǎn)化率的設(shè)計和發(fā)現(xiàn)。 文章詳細總結(jié)了氧氣或空氣作為氧化劑的雜環(huán)化合物的氧化偶聯(lián)反應的進展，為開發(fā)更多與氧氣相容的可控催化反應體系提供了一定的理論依據(jù)和借鑒方法，特別是工業(yè)生產(chǎn)方法。 論文信息 Recent Advances in Aerobic Oxidative of C?H Bond by Molecular Oxygen Focus on Heterocycles Lei-Yang Zhang, Prof. Nai-Xing Wang, Prof. Dumitra Lucan, William Cheung, Prof. Yalan Xing Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202301700
