【方法学】Ritter《Angew. Chem. Int. Ed.》芳基羧酸脱羧制备酚类

文章第一作者为Wanqi Su
该文通讯作者为Tobias Ritter
作者单位为德国马克思普朗克研究所
文章DIO为:10.1002/anie.202108971

引言

分享一篇方法学研究成果,该研究以Communication形式发表在德国应用化学杂志《Angew. Chem. Int. Ed.》上
作者报道了光诱导配体金属电荷转移自由基脱羰,实现芳基羧酸转化为酚
1
 简介
酚类化合物在天然产物、药物和材料化学中广泛存在,通常使用芳基前体进行转化得到,直接通过苯甲酸类制备酚还未见报道。
99%以上的苯酚生产是基于异丙苯过程,即异丙苯与二氧自由基氧化裂解,生成苯酚和丙酮。更为复杂的酚类化合物,使用过渡金属催化交叉偶联和C-H活化反应进行制备。常用的方法有芳基重氮盐,卤代芳烃,芳基磺酸盐,芳基苯硼酸,芳基硅烷等。
苯甲酸类化合物具有大量、易得、性质稳定等特点,因此,通过C-C键断裂进行脱羧,随后构建C-O键即可生成酚类。但是,传统的脱羧方法以及C-O键的构建,难以进行有效的结合。
由于传统的脱羧策略到目前为止还不能成功地解决苯甲酸的脱羧羟基化,我们尝试用铜配体到金属电荷转移(LMCT)的新概念来解决这个问题。

作者团队报道了一种概念上不同的苯甲酸脱羧交叉偶联策略,该策略将光诱导铜配体到金属电荷转移(LMCT)的低势垒自由基脱羧过程与随后的碳金属化结合,得到了假定的芳基铜(III)配合物。

从羧酸盐到铜的光介导的LMCT可以形成自由基,铜可以缓解不希望发生的副反应,并可能捕获芳基自由基形成芳基铜(III)进行快速还原消除

基于光诱导铜LMCT反应的发现,作者报告了第一个从苯甲酸实际合成苯酚的方法
2

探索与优化

在苯甲酸脱羧基氟化反应的研究过程中,作者发现当苯环上没有氟取代时,发生非常有效的脱羧基CO键形成反应。
羧酸芳基既作为底物,又作为亲核试剂,以接近定量的产量得到均偶联苯甲酸酯。研究表明,底物和亲核芳基羧酸盐都与铜配位,都进行LMCT生成羧基自由基。解决这一难题的理想方案是亲核羧基脱羧的速度要比底物羧基慢。相反,亲核羧基应该进行快速反电子转移(BET)或氢原子提取(HAT),以重新生成可作为亲核试剂的酸
富电子的4-甲氧基苯甲酰氧基的脱羧过程比中性的苯甲酰氧基慢一个数量级,可能是由于在芳烃上适当位置的电子供体的共轭作用导致Ar-COO键的加强。基于这一假,确定噻吩-2-羧酸盐(TC)是最有希望的偶联试剂。研究发现CuTC为最佳光脱羰试剂。可能原因在于CuTC可以捕获芳基自由基,随后被Cu(II)氧化生成Cu(III)TC,有利于随后的C-O还原消除过程。
3

适用范围

获得了反应的最佳条件后,作者进行反应底物适用性研究:
从结果可知,炔电子取代有利于该反应的进行,收率较高;此外,底物对多种官能团具有良好的兼容性,例如醛基、氰基、酯基、磺酰胺、酮、卤素等等。
应用:
作者将开发的这个方法,应用于Ataluren的后期官能团化中,实现了芳基羧酸直接转化为相应的酚类化合物,在1 mmol反应中,收率达到62%
4

机理

作者提出了该反应可能的机理过程:
铜与羧酸形成的配合物在光照作用下,经过配体金属电荷转移过程,生成芳基羧酸自由基和Cu(I),接着脱羧生成芳基自由基
另外Cu(II)TC在光照和配体金属电荷转移作用下,生成TC自由基,再经过逆电荷转移(BET)或氢原子转移(HAT)过程生成TC阴离子
芳基自由基和TC阴离子在铜作用下,生成Cu(III)配位物种,随后还原消除,生成芳基羧酸酯,碱性条件下水解,即可生成酚类

评述

该方法巧妙地利用了配体金属电荷转移这个新方法,实现了芳基羧酸脱羧和C-O键的生成,形式上为芳基羧酸脱羧羟基化。实质上是芳基自由基与另一分子羧酸阴离子结合生成酯,再水解而得到酚类化合物。另外一分子羧酸阴离子在反应过程中起到辅助转化的作用
化解 chem,一起全合成
(0)

相关推荐