近日，我院李万方副教授指导的硕士研究生祝日倩等人在有机化学领域知名期刊《Organic Chemistry Frontiers》发表《可见光促进FeCl3催化的N-酰基苯并三氮唑与硝基化合物的还原转酰胺化反应》的研究论文。
酰胺键广泛存在于天然产物(如蛋白质)和人工合成材料(如尼龙)中，它们结构稳定，一般难以发生断裂和转化。酰胺键的构建一直是有机合成研究的重点课题, 转酰胺化(transamidation)是合成酰胺的一种非常具有前景但挑战性很高的合成转化。直接利用便宜、易得的大宗化学品硝基芳烃、硝基烷烃作为氮源进行酰胺的合成在反应步骤经济性(step-economy)和官能团兼容性(functional-group compatibility)方面具有明显优势，近些年引起了在合成化学领域的广泛兴趣。
近几年，李万方副教授课题组一直致力于N-(磺)酰基苯并三氮唑衍生物的催化转化研究，并取得了一系列重要进展：2022年，该课题组首次实现了Ni催化的N-(磺)酰基苯并三氮唑与硝基化合物的还原转酰胺化 (Org. Lett., 2022, 24, 58–63)，2023年，他们又报道了Ni催化的N-酰基苯并三氮唑与三元、四元环氧化合物的还原开环偶联合成β-和γ-卤代醇酯的反应(Org. Chem. Front. 2023, 10, 5158-5163)和B2(OH)4-介导的无金属催化的N-酰基苯并三氮唑与硝基芳烃的还原转酰胺化反应(J. Org. Chem., 2023, 88, 3714-3723)。部分研究工作被国际有机化学知名网站Organic Chemistry Portal亮点报道(Highlight Link)。前不久, 该课题组在《Tetrahedron》杂志发表了题为《Recent Advancement in the Synthesis and Applications of N-Acyl Benzotriazoles in Organic Synthesis》的综述论文(Tetrahedron, 2023, 145, 133608）。在最近的研究工作中，他们使用廉价、低毒、地球丰产金属FeCl3为可见光催化剂，PhSiH3为温和的还原剂，实现了近50种不同取代的N-酰基苯并三氮唑与硝基芳烃、硝基烯烃的转酰胺化反应，产率可达99% (图 1)。
图 1. 本论文研究工作摘要
经对照实验、紫外光谱和光开关实验研究，结合文献报道，论文作者提出了一种可能的反应机理 (图2)。首先，FeCl3与含Cl添加剂原位生成光活性铁络合物[FeCl4]- (图2b), [FeCl4]-在光照射下进行配体-金属电荷转移（LMCT），产生氯自由基(Cl•), Cl•可以从PhSiH3中夺取一个氢(HAT)，形成二氢苯基甲硅烷基(A)和HCl。同时，硝基芳烃在光照射下被光激发至三重态(F)，可被PhSiH3还原为亚硝基(G1)或N-羟胺(G2)。G1和G2的分子内缩合/还原可能产生偶氮苯(G3)或氧化偶氮苯。G1和G3可以与二氢苯基甲硅烷基(A)进行自由基加成形成中间体B。B和HCl之间发生质子耦合电子转移(PCET)，得到N-甲硅烷基胺中间体C，其被N-酰基苯并三唑进行亲核取代, 该过程很可能由p-π环状共轭三氮烯结构所辅助(如D所示)。所得的N-酰基羟胺或肼(E)可以通过Fe催化的硅氢加成反应进一步被还原。RCOBt中的苯并三唑部分最终形成不稳定的中间体PhSiH2Bt(H), 它与苯基硅烷醇反应形成苯并三唑、1,3-二苯基二硅氧烷和1,3,5-三苯基三硅氧烷(通过GC-MS检测)。
该反应作为首例Fe-可见光催化的硝基化合物参与的还原转酰胺化反应，不仅提供了一种绿色、温和、高效的酰胺合成方法，还为N-酰基苯并三氮唑的光催化转化研究提供了新思路。
图 2. Fe-可见光催化还原转酰胺化反应机理
原文链接: https://doi.org/10.1039/D3QO02111D