氮原子插入碳碳雙鍵:氧化胺化反應

含氮分子,是醫藥、農用化學品和材料工業中最重要的化合物之一,超過80%的熱銷藥物中至少含有一個氮原子。因此,碳-氮鍵的構築是有機化學中的核心研究領域。烯烴,由於大量存在於石化原料和天然萜烯中,以及作為常見的中間體,現已成為了合成含氮化合物的重要前驅物。科學家已開發出多種利用碳-碳雙鍵π鍵反應性的方法來引入氮原子,包括疊氮化、氫胺化等等。然而,透過完全斷裂碳-碳雙鍵來構建碳-氮鍵的方法仍然相當罕見。目前與之有關的報導,主要侷限於特定類型的烯烴(如苯乙烯或共軛二烯),且僅能生成特定含氮產物(如苯腈和苯胺)。儘管近期Gandelman團隊報導了一種類似臭氧裂解的氮化反應,但其適用的烯烴種類和可引入的氮基團種類有很大的限制。因此,設計新的反應機制,在簡單易行的條件下,直接斷裂碳-碳雙鍵來構建碳-氮鍵,對有機化學家來說相當重要。

近日,瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究團隊,成功開發了一種氧化胺化反應(oxidative amination),可將線性烯烴轉化為腈類,將支鏈烯烴轉化為醯胺。他們的策略是利用氮原子直接插入未活化烯烴的碳-碳雙鍵,形成Aziridine(氮丙環)中間體,這些中間體會根據烯烴的結構而生成相應的產物。研究人員發現,商業可得且價格便宜的超價碘試劑PIFA(bis-(trifluoroacetoxy)iodobenzene)是實現該反應的關鍵,因為它可與ammonium carbamate(氮的來源)反應並生成具有高反應性的氮中間體,這種氮中間體能夠與未活化的烯烴結合,使氮原子能成功插入碳-碳雙鍵。除此之外,該反應能兼容多種化學官能基,且可適用於各種類型的未活化烯烴,包括環狀結構的烯烴、分子內部的雙鍵和位於分子末端的雙鍵,皆能得到高產率(普遍大於80%)的產物。研究團隊表示,該方法可用於合成各種醯胺和胺類,為藥物開發和農用化學品合成提供了高效的合成工具。

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