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剑桥大学光催化连续流技术新案例
来源:东南科仪    发布时间:2018-11-30    阅读:156次
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背景介绍

在有机合成领域构建碳碳和碳杂键方式方法多种多样,重氮化合物是构建该类共价键的重要成员。但由于其与生俱来就有不稳定及毒性等特点,在传统的反应方式中,制备和使用重氮化合物一直存在着风险,所以对重氮物很难像一般物质一样做广泛的深入研究。

 

光化学反应因其具有反应速度快,高效清洁,操作简单和后处理相对比较简单等特点,越来越多的研究者将更多目光转移到光化学研究领域。

 

近年来,微通道连续流技术因其反应效率高,安全等优点被人接受,越来越多的人开始尝试使用该项新技术去探索新的研究内容,并取得了很多意想不到的成果。

       

那么如果将光化学反应和微通道连续流技术联系起来,对重氮化合物做更深的研究会有什么样的结果呢?

 

剑桥大学新案例

剑桥大学Steven V. Ley教授是欧洲微反应技术著名学者。2018年9月,Steven V. Ley教授带领着他的研究团队巧妙地将光化学反应和微通道连续流技术结合在一起做了一项新的研究工作,并将他们的研究成果发表在Chem. Comm.(DOI:10.1039 / C8CC06202A)上。下面就来看看他们的研究成果吧。

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图1:噁唑啉的紫外光解

 

2017年Steven V. Ley教授在其发表的论文里(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 16602 – 16605)就曾报道了噁唑啉在UV的照射下能够原位生成活性极高的重氮化合物。此次在Chem. Comm. (DOI:10.1039 / C8CC06202A)上报道的研究工作也是基于上述的研究。

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图2. 醛偶联反应形成不对称酮的方法

        

在此次报道的文献里,作者主要目的是研究醛和重氮物直接制备相应的酮的方法。通过图 2 可以看出,制备方法还是很多的。不过这些已有的报道大多数都涉及到金属催化,需要加入不同种类的配体及添加剂,而且反应时间很长。

      

 能否在无任何金属催化剂,配体及添加剂条件下,通过光照噁唑啉,原位生成的重氮物直接和底物反应,快速的合成目标化合物是本次研究的挑战。

 

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表 1. 醛C-H加成反应优化     

 

如表1所示,作者设计了这样一个反应装置,反应过程如下:原料按照一定的摩尔比注入持液体积10mL的反应器中,并保持UV持续光照,反应结束后,研究人员可以通过反应器后端在线红外直接检测反应的进程。利用在线监测,大大地缩短了研究时间,提高研究效率。

      

通过对温度、反应时间、摩尔当量比和溶剂的筛选,研究者很快地发现,以二氯甲烷作为溶剂,反应温度在20℃,停留时间保持在40分钟,噁唑啉与醛的摩尔比在2:1的情况下,效果较为理想。根据这样的优化条件,作者对反应的适用范围做了进一步的研究。

 

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 表2. 不稳定的重氮化合物在连续流反应中无金属和添加剂与醛反应成酮

 

实验结果如表2所示:

首先在该反应上尝试使用了不同种类的噁唑啉(1-18)考察其普适性,实验结果表明该反应对不同种类的碳环具有很好的耐受性。

 

三元、四元和五元碳环等都能很好地参与到反应中,尤其要说的是天然产物麝香酮也能参与到反应中并得到目标产品(6);

 

含有大位阻基团的化合物也没有影响到反应的成功进行并得到化合物(7)。而且这些碳环在该反应中没有检测到开环的现象也很好的说明了该反应尽管是光化学反应,但并非是自由基反应机理。

 

14、15、16、17和18这些化合物利用现有的金属催化方法是难以合成的,但是利用该方法这些物质却能在温和的条件下就可以合成出来,不得不说该方法具有一定的优势。

 

   

接着作者研究了醛的适用范围(19-35)。实验数据表明该反应对于醛具有很好的适用性,脂肪醛(29)也能很好地参与到反应中;作者尝试合成含有硼酸酯官能团的化合物(23),该物质能被很好地合成出来。而利用现有的金属催化合成具有相当大难度,并且不能保证可以做到。作者至少尝试了35个反应,得到了30个化合物。

 

实验总结:

利用光化学连续流技术很好的使用了重氮化合物,扩展了重氮物的使用范围;

新方法避免了重氮化合物的储存和运输,减少了过程的不安全性;

相比先前的反应,该反应具有操作简便、条件温和、反应时间短等优势;

没有金属化合物参与,具有环境友好,后处理方便等绿色化学的特点;

利用在线监测,大大地缩短了研究时间,提高研究效率。