【人物与科研】湘潭大学邓国军教授、黄华文副教授课题组：通过内氧化剂诱导的级联双杂环化构建噻吩稠合芳香杂环
导语
噻吩稠合多环骨架的π-共轭体系具有高电荷传输性能，因此噻吩稠合多环化合物在材料科学领域得到了广泛应用，常被用作高性能有机场效应晶体管（OFETs）、有机发光二极管（OLEDs）和有机光伏器件（OPVs）的基础材料。由此可见，快速合成噻吩稠合多环骨架的方法学研究具有重要意义。近日，湘潭大学化学学院邓国军教授、黄华文副教授课题组从简单易得的原料出发，实现了噻吩稠环类化合物的快速有效构建（Org. Lett. 2018, 20, 4917-4920）。
邓国军教授、黄华文副教授课题组简介
邓国军教授课题组成立于2009年3月，目前课题组有教授1人，副教授2人，讲师1人，博士后2人，博士研究生6人，硕士研究生28人。课题组主要从事基于C-C键与C-杂键生成的有机合成方法学研究，先后承担了包括6项国家自科基金在内的省部级以上项目10余项。在硝基借氢还原、环己酮脱氢芳构化、亚磺酸盐选择性转化反应、肟酯转化反应、吲哚直接功能化反应和无机硫参与的杂环生成反应方面取得了丰富的研究成果，发表SCI论文100余篇，其中11篇论文入选ESI高被引用论文。目前，已经培养博士研究生6名，硕士研究生30余名，3篇论文获湖南省优秀博士、硕士学位论文。
邓国军教授简介
邓国军教授，湘潭大学化学学院院长。1999年本科毕业于湘潭大学化学化工学院并被保送到中国科学院化学研究所硕博连读，师从范青华研究员和黄志镗院士，2004年获理学博士学位。2004年-2009年先后在德国、美国和加拿大做博士后。2009年3月通过湘潭大学“学科带头人”的人才引进计划，任化学学院教授﹑博士生导师，主要从事环境友好的C-C键与C-杂键生成反应方法研究。2010年入选湖南省“百人计划”和湖南省“121人才工程”，2011年遴选为湖南省普通高校学科带头人培育对象并获得湖南省杰出青年基金，2011年入选教育部“新世纪人才优秀人才支持计划”，2016年获得湖南省二级教授聘任资格。迄今已在Science, Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Org. Lett., Chem. Eur. J., Adv. Synth. Catal., Chem. Commum., Green Chem.等期刊发表SCI论文130余篇，论文他引次数超过4500次，先后有9篇论文入选ESI高被引用论文；获中国发明专利授权4项，申请中国发明专利8项。2015年获湖南省自然科学二等奖（绿色化学导向的醇和酮脱氢转化反应研究），2017年获“宝钢优秀教师奖”。
黄华文副教授简介
黄华文副教授，2009年6月毕业于西北大学，获工学学士学位。2014毕业于华南理工大学，获工学博士学位，同年7月进入湘潭大学化学学院工作，随即加入以邓国军为学科带头人的“绿色合成与催化”团队。2016年获得中国留学基金委支持以博士后身份赴哥廷根大学进修，合作导师Lutz Ackermann教授。现为湘潭大学化学学院副教授、硕士生导师。参加工作以来围绕“环境友好型有机合成化学新策略开发和应用研究”这一主题展开研究，并取得了一系列原创性成果。目前以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文30余篇（IF>5.0的18篇）。论文他引次数超过1600次，先后有3篇论文入选ESI高被引论文。申请专利7项（授权1项）。担任ACS Catal., Adv. Synth. Catal.等国际权威期刊的特邀审稿人。
前沿科研成果
通过内氧化剂诱导的
级联双杂环化构建噻吩稠合芳香杂环
利用氮-氧胺（N-oxyenamines）优异的内部氧化性能，发展C(sp2)-H氧化功能化反应引起了广泛关注。这些反应通常使用Pd，Rh，Ru，Co等金属催化剂，带有α-氢的酮肟酯通常用作内部氧化剂并提供C-C-N结构单元用于含氮杂环的合成。湘潭大学邓国军教授、黄华文副教授课题组近年来对肟类化合物的功能化反应进行了一系列深入研究，并取得了多项创新性成果，例如通过内外部氧化相结合的策略实现了吲哚氧化功能化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 307），该论文发表后入选ESI高被引论文并被授权了相关专利。另外，课题组发展了碘和碘化胺催化体系下的吡啶和氟化吡啶的快速有效构建（J. Org. Chem. 2016, 81, 1499–1505; Org. Lett. 2017, 19, 3743–3746）。随后课题组以前期开发的反应作为关键步骤，实现了具有抗肿瘤活性的小分子药物类似物的全合成（Adv. Synth. Catal. 2017, 359, 3102–3107）。虽然，课题组通过内部氧化策略已经在合成氮杂环方面取得了重要进展，但在简单反应条件下构建高度功能化的分子仍未得到充分发展。在本文中，他们首次开发了铜催化的N-O断裂引发的肟类化合物的双杂环化反应，同时构建多个C-S键。该反应从简单化学试剂出发，为高原子经济性地合成噻吩稠环化合物提供了一条简单易行的途径（图1）。
图1. 通过内部氧化剂策略进行杂环化反应
（来源：Org. Lett.）
基于先前发展的内部氧化剂诱导的有氧氧化以及硫单质的环化反应，作者推测苯乙酮肟乙酸酯（1a）可以通过铜催化原位活化形成高活性的三价亚氨铜物种或氮自由基，从而引发单质硫的活化以构建含硫化合物。作者通过初步尝试发现，在铜催化下肟酯1a和单质硫反应生成了二噻唑产物C。如果额外添加第三组分苯甲醛（2a），则生成2-苯基-苯并[4,5]-噻吩并[3,2-d]噻唑（3a）。因此，作者认为醛组分可以通过缩合保护氮原子，优先进行邻位C-H硫化以形成苯并噻吩结构，之后通过分子内环化反应形成噻唑环（图2）。
图2. 铜催化苯乙酮肟乙酸酯和单质硫杂环化反应
（来源：Org. Lett.）
随后，作者选用苯乙酮肟酯和苯甲醛作为模型底物，对反应条件进行优化。经过对催化剂、碱、溶剂等条件的系统筛选后，作者得到了以CuBr为催化剂、Li2CO3为添加剂、DMSO为溶剂、温度为120 ℃的最优反应体系，在此体系下，产物分离产率达到84%（表1）。
表1. 条件优化
（来源：Org. Lett.）
接下来，作者对该反应的醛和酮肟酯两组分的底物普适性进行了研究，发现芳香醛在该反应中都可以很好地兼容。对于酮肟酯底物，不止是芳香乙酮肟酯，烯基肟酯也能很好地反应。值得注意的是，取代基的电子和空间位阻效应对双杂环化反应的产率影响很小。此外，当作者将反应扩大到5 mmol规模时，反应也可获得较高产率（3s, 81%）（图3）。
图3. 底物的适用范围（a 5 mmol scale reaction; b rr=2:1to 10:1）
（来源：Org. Lett.）
总结：邓国军教授、黄华文副教授课题组开发了一种简单的铜催化体系，实现甲基芳香酮肟酯与芳香醛、单质硫的新型双杂环化反应，合成噻吩类共轭多环化合物。该方法具有条件温和、操作简便、产率高、原子经济性高等优点。邓国军教授与黄华文副教授是该研究成果的共同通讯作者，博士生徐振华为第一作者。
关于人物与科研
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