国科大陈祥雨与汪志祥团队：可见光直接光解N-甲氧基吡啶盐以实现C-H/X-H键的吡啶化反应

吡啶骨架广泛存在于各种天然产物和药物分子中，因此吡啶的官能化反应在有机合成中有着重要的应用。将C/X-H键直接转化为高附加值有机化合物是有机合成的一个长期目标，对硼烷B-H键以及烷烃C-H键进行活化并实现有效的反应性是一项挑战。目前的合成方法需要依赖过渡金属、氧化剂或者光催化剂（图1）。因此开发一种更加绿色、条件温和、无需光催化剂的有效方法实现C/X-H键吡啶化反应具有十分重要的意义。

图1. 背景介绍及反应设计

本文中，中国科学院大学陈祥雨课题组以N-甲氧基吡啶盐1和商业可得胺-硼烷2为模板底物进行条件筛选。当选用乙腈为溶剂时，仅在蓝光照射下便能够以54%的分离收率得到目标产物3，加入当量的无机碱可以将收率进一步提高（图2）。

图2. 条件筛选

在最优反应条件下，作者考察了N-甲氧基吡啶盐和胺-硼烷的适用范围。研究发现，不同取代的N-甲氧基吡啶盐反应良好，得到了相应的单一硼化产物（图3）。之后，作者进一步扩展了这一策略的应用。研究发现，该体系对于烷基醛、酰胺、二芳基氧膦、未活化的烷烃及硅烷都有着良好的兼容性（图4）。这些结果进一步证实了该策略的实用性。

图3. 胺-硼烷底物扩展

图4. 底物扩展

随后，作者通过EPR实验，直接光解实验，紫外可见光谱等实验，并且结合计算手段提出了如下的反应机理（图5）。N-甲氧基吡啶盐经蓝光照射被激发，N-O键的均裂形成甲氧基自由基和吡啶自由基正离子，随后甲氧基自由基与底物胺-硼烷发生氢转移，产生硼自由基，随后硼自由基与N-甲氧基吡啶盐反应，得到产物并产生新的甲氧基自由基进入下一个反应循环。

图4. 反应机理

综上所述，本文发展的可见光直接光解N-甲氧基吡啶盐策略能够实现系列C/X-H键的直接吡啶化反应，该策略避免使用光催化剂、过渡金属和氧化剂，反应条件温和，官能团兼容性好。相关成果近期在线发表于Science China Chemistry。详细内容见：He Sheng, Bei-Bei Zhang, Qiang Liu, Zhu-Sheng Yang, Zhi-Xiang Wang, Xiang-Yu Chen. Direct Photolysis of N-methoxypyridiniums for the Pyridylation of Carbon/Heteroatom-Hydrogen Bonds. Sci. China Chem., 2022, doi: 10.1007/s11426-022-1399-y.

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