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西北师范大学化学化工学院杜正银教授:CuI作为电子中继体电化学条件下合成2-取代苯并噻唑2023-12-14 14:02:03

  电化学阳极氧化被认为是一种有效和环保的合成策略,使用电子作为无质量试剂,完全避免了传统化学试剂外部氧化剂的使用,从而消除废物的产生。在过去的几十年里,利用电流作为氧化还原试剂在有机合成化学中得到了广泛的发展,因其在开发绿色和可持续的方法方面的巨大潜力而受到越来越多的关注,同时电化学合成为各种杂环化合物的合成提供了全新的思路。(Chem. Soc. Rev., 143, 12460−12466)。 介于作者对绿色有机合成的研究兴趣,作者设计利用电化学反应的反应优点,用易得原料芳香醛类化合物、丙二睛、2-氨基苯硫酚在电反应条件下高效合成2-取代苯并噻唑,反应使用碘化亚铜作为电子中继体。该反应具有区域选择性高、反应条件温和、底物范围广、操作简单等优点,为合成2-取代苯并噻唑类化合物提供了新的方法。

西北师范大学化学化工学院杜正银教授:CuI作为电子中继体电化学条件下合成2-取代苯并噻唑(图1)

  最初,作者以苯甲醛1a、2-氨基苯硫酚2和丙二睛3作为模板底物,进行了条件优化。确定了最佳反应条件之后,进一步考察了反应的普适性,优化后的反应体系具有优秀的官能团的兼容性,以中等至良好的产率得到了一系列化合物。

西北师范大学化学化工学院杜正银教授:CuI作为电子中继体电化学条件下合成2-取代苯并噻唑(图2)

  为了阐明可能的反应机理,作者设计了一系列的控制实验。首先,证明了该反应中涉及电化学阳极氧化,而不是空气中氧气的氧化(图3a)。紧接着,验证了反应过程中可能存在的中间体 (图3b),之后进行了自由基捕获实验(图3c)。随后,作者对该反应的实用性进行了研究。(图3d)。

西北师范大学化学化工学院杜正银教授:CuI作为电子中继体电化学条件下合成2-取代苯并噻唑(图3)

  为了更深入地研究反应机理,作者进行了循环伏安法实验,如图4所示。基于以上实验,作者提出了如下反应机理(图5):首先,丙二腈3和苯甲醛1a发生缩合反应形成中间体A,Cu(I)在阳极处被氧化为Cu(II),并与2-氨基噻吩2反应形成自由基B,然后自由基B与A结合得到中间体C,中间体C经过1,6-HAT得到自由基中间体D,D的分子内环化得到中间体E。最后,E释放自由基氨基得到目标产物5a,同时,阴极还原产生副产物氨气。

西北师范大学化学化工学院杜正银教授:CuI作为电子中继体电化学条件下合成2-取代苯并噻唑(图4)

西北师范大学化学化工学院杜正银教授:CuI作为电子中继体电化学条件下合成2-取代苯并噻唑(图5)

  小结:综上所述,作者发现了在电化学条件下,铜催化的苯甲醛、2-氨基苯硫酚和丙二腈的一锅三组分反应,其中碘化亚铜作为电子中继体。在没有外部加热和氧化剂的情况下,在较短的反应时间内获得了一系列2-烯基取代的苯并噻唑。氨气是这个反应的副产物。该方法具有底物范围广,官能团耐受性好。一步反应避免了中间体的分离,具有良好的实用价值。

  杜正银教授,1994在西北师范大学获理学学士学位,1997在西北师范大学获理学硕士学位,1997-2003在兰州石化公司化工研究院工作,2006获中国科学院研究生院/兰州化物所理学博士学位,2014美国南伊利诺伊大学爱德华兹维尔访问学者。主要从事与金属有机相关的绿色催化反应、绿色有机合成新反应、新方法的研究。先后开展了金属催化的醇胺化反应、金属介导的多组分反应、纳米金属催化交叉偶联反应和过渡金属催化C-H活化官能化反应。截至目前,先后开展了二芳基碘盐参与的原子经济性双芳基化反应、过渡金属催化的醇胺化反应、金属介导的多组分反应、纳米金属颗粒催化交叉偶联反应和过渡金属催化C-H活化官能化反应。近年来结合可见光催化、电化学方法在有机合成中的应用,发展了多种高效、绿色的C-N键、C-C 键、C-O键活化和构筑方法。截至目前,先后在Angew. Chem. Int. Ed.; Green Chem.; Chem. Commun.; The Journal of Organic Chemistry等国内外学术刊物和国内、国际学术会议上发表论文150余篇,鉴定科技成果5项,已获授权中国发明专利23件,美国发明专利1件,中国实用新型专利2件;完成专利成果技术转让3项;获中国石油天然气集团公司科技创新一等奖1项、兰州石化公司首届科技大会一等奖1项、兰州石化公司科技进步一等奖、二等奖多项和中国科学院宝洁优秀博士生奖学金。

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