【人物与科研】上海有机所赵延川课题组Angew. Chem. : 高价碘介导的无金属C-H键官能化

导语

芳香烃的直接官能化在生物医药、农业、精细化工领域都有着重要应用。芳香烃的区域选择性碳氢（C-H）键官能团化，仍然是有机合成领域广泛关注的问题。过渡金属催化的C-H键官能化反应发挥着重要作用，无金属参与的芳香C-H键官能化也取得了不少进展，例如：高价碘化合物的碘中心可以进行与过渡金属类似的配体交换、还原消除等过程。因而，使用高碘化合物成为进行结构后修饰的有效工具。
中国科学院上海有机化学研究所有机氟化学重点实验室赵延川课题组一直致力于研究基于受限空间的有机功能分子，以解决分析、分离、分散及复合组装等领域中的难题。2020年，课题组利用具有手性受限空腔的含氟探针分子精准调控探针与手性分析物的结合速率与结合模式，实现了各类不同手性分子的快速区分检测（Cell Reports Phys. Sci. 2020, 1, 100100；Anal. Chem. 2022, 94, 4, 2023–2031）。在课题组前期探索合成高灵敏度¹⁹F探针方法的过程中（Org. Lett. 2019, 21, 5206–5210），意外发现1,3,5-三甲氧基苯（TMP）和3,5-二甲基异噁唑基团（DMIX）取代的不对称双芳基高碘盐在进行偶联反应时，通常认为不能转移的三甲氧基苯基参与了反应。课题组针对这类基于DMIX的不对称双芳基高碘盐进行了系统的研究，发展了一种高价碘介导的无金属的（杂）芳烃C-H键官能化方法。相关研究成果发表在Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.202201240）。

赵延川研究员简介

2003年月本科毕业于吉林大学化学系；2012年5月获中科院上海有机化学研究所理学博士学位，师从胡金波研究员；之后在美国麻省理工学院化学系Timothy M. Swager课题组从事博士后研究。2017年任中国科学院上海有机化学课题组长，博士生导师，研究关注不同领域交叉融合，涵盖新型化学传感方法、基于受限空间的有机功能分子及大分子自组装多孔材料。独立工作以来，已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Rev.、Cell Rep. Phys. Sci.、Macromolecules、Anal. Chem.等期刊发表多篇文章。课题组科研条件完备，自有UPLC-MS、GPC、高压制备色谱、比表面积分析仪、手套箱等一流科研设备。课题组近期计划招收研究助理1-2名，博士后2名，欢迎有志于从事相关研究的优秀人才加入。

前沿科研成果

高价碘介导的无金属C-H键官能化

向分子的特定位点引入能够参与多种反应的基团，可以快速实现分子多样的官能团化而增加分子的多样性，因此是分子后期修饰的重要策略。因为碳氢（C-H）键的惰性，这种策略通常需要过渡金属介导以实现良好的反应性与高位点选择性，而非过渡金属介导的转化仍然是有机合成中的重要挑战。

图1. 通过C-H官能化实现结构多样化（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

近日，中国科学院上海有机化学研究所的赵延川研究员课题组报道了一类基于3,5-二甲基-4-异噁唑基（DMIX）的三价碘试剂。由于DMIX上没有芳香C-H键，因此避免了自身聚合及其它副反应，有较好的稳定性。因此这类试剂易于制备和储存。这类三价碘试剂不仅可以从芳基C-H键快速且高选择性地制备双芳基碘鎓盐，还可以实现高选择性的芳基迁移，得到多种C-N、C-C、C-S及C-O偶联的产物，从而快速实现分子的多样化结构修饰（图1）。 从基于3,5-二甲基-4-异恶唑基的三价碘试剂1a出发，在室温条件下就能以中等至优秀产率快速得到多种富电子芳香化合物的碘鎓盐，且能够兼容溴、氰基、酯基、醛基、羧酸和硼酯等多种官能团。在强酸活化时，高价碘试剂1b也可以对多种缺电子芳烃底物进行转化。醚菊酯、吉非罗齐和美他沙酮等药物分子也能顺利转化为相应的碘鎓盐，且该反应可以放大至克级规模，表明这一方法在药物分子后修饰方面的巨大潜力（图2）。

图2. 代表性底物（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

中科院上海有机所薛小松研究员课题组的理论计算表明，在双芳基碘鎓盐中，以往很难发生迁移的三甲氧基苯基相比DMIX更容易发生芳基迁移得到偶联产物。DMIX基团具有的“不转移”特性，使得后续高碘盐的转化具有优越的化学选择性。结合苯胺、醇、酚、酸类、亚磺酸盐、硫氰酸钾和丙二酸二乙酯等亲核试剂，可以在无金属条件下向芳基引入多种官能团，实现分子结构的多样化修饰（图3）。

图3. 不对称二芳基碘鎓盐在结构多样化中的应用（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

总结：

赵延川研究团队使用DMIX作为不转移基团，发展了一类三价碘试剂。这些三价碘试剂可以从芳烃C-H键快速制备不对称双芳基碘鎓盐且DMIX可以作为优良的不转移配体，在无金属偶联中实现芳基高选择性转移。该高价碘试剂同时适用于富电子及缺电子的芳香底物。所获得的双芳基碘鎓盐可以作为高价值的合成中间体，参与多种后续转化从而快速增加分子的多样性。这项研究为有机分子的结构修饰提供了新的高效手段，展示了高价主族非金属元素化学的广泛应用前景。该研究以“Metal-Free C-H Functionalization via Diaryliodonium Salts with a Chemically Robust Dummy Ligand”为题，于2022年5月3日在线发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition），作者Yixuan Chen、Yuefei Gu、Huan Meng、Qianzhen Shao、Zhenchuang Xu、Wenjing Bao、Yucheng Gu、Prof. Dr. Xiao-Song Xue*、Prof. Dr. Yanchuan Zhao*。该项目得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委及先正达博士研究基金的资助。

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