反-Friedel-Crafts烷基化反應

在有機合成中,直接對碳氫鍵進行官能化,是一種原子利用率高、步驟精簡的合成策略,因為省去了預先在分子上安裝特殊官能基的步驟,從而大幅縮短合成路徑。然而,如果目標是對缺電子的芳香族化合物進行烷基化,問題便棘手得多。傳統的Friedel-Crafts烷基化反應,只對富電子的芳香族分子有效。Friedel-Crafts反應依賴親電性的碳正離子與芳香環結合,因此只對富電子的芳香環有效;一旦芳香環上帶有缺電子取代基,電子密度降低,碳正離子便無從下手。其他烷基化方法也有明顯缺陷:以有機鋰試劑進行化學計量的芳香環烷基化,需要在極端條件下進行,其官能基相容性極差;以有機汞試劑驅動的自由基路線,雖然不需要過渡金屬,卻必須使用毒性極高的試劑;傳統的Minisci反應提供了另一條自由基途徑,但起始物範圍僅限於芳香雜環,通常還需要酸性活化,且C2與C4位置之間往往缺乏足夠的選擇性。更常見的折衷方案,是預先在芳香環上安裝鹵素,再透過鈀催化的交叉偶聯反應引入烷基片段,但這樣做不僅增加了合成步驟、降低了原子經濟性,在複雜藥物分子的後期修飾階段,殘留的鹵素更可能干擾後續轉化。正是在這樣的背景下,如何開發一套溫和、高選擇性、高官能基相容性的缺電子芳香環碳氫鍵烷基化方法,始終是有機合成化學中難以突破的一大缺口。

近日,英國劍橋大學的研究團隊,開發出一種「反-Friedel-Crafts」烷基化策略,成功填補了上述缺口。他們以DABCO(一種廉價易得的三級胺)作為電子供體,與含有鄰苯二甲醯亞胺酯(RAE)的烷基起始物在DMSO溶液中形成電子供體-受體錯合物;在藍色LED照射下,錯合物內的鍵結斷裂,釋出「親核性的烷基自由基」。該自由基會攻擊缺電子芳香環電子密度最低的位置——以鄰苯二甲腈為例,反應選擇性地發生在C4位,分離產率達84%,與傳統Friedel-Crafts的選擇邏輯恰好相反,由此得名「反-Friedel-Crafts」選擇性。進一步研究發現,該反應的官能基相容性很高,腈基、酮基、酯基和含鹵素的苯環與雜芳環均可作為起始物,整個反應也完全不需過渡金屬或光催化劑。研究團隊更將此策略用於抗愛滋病藥nevirapine、殺菌劑boscalid,以及類固醇合成抑制劑metyrapone等藥物的後期修飾。

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