【期刊】开拓烯烃新反应：焦宁研究团队报道大宗化学品苯乙烯脱烯基碳碳键断裂转化方法 | Research

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近期，北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室焦宁课题组报道了苯乙烯类化合物脱烯基碳碳键断裂新反应，实现了烯基芳烃原位氮化、氧化定点精准脱烯基官能化修饰，开发了基于烯烃碳碳键断键新策略，方法操作简单，适用范围广泛，具有潜在的工业应用前景，以题为 “Selective Dealkenylative Functionalization of Styrene via C-C Bond Cleavage” 发表在Research上 (Research, 2020, 7947029, DOI: 10.34133/2020/7947029)。

研究背景

苯乙烯作为大宗的化工产品与化学中间体被广泛应用于化学合成中，是聚苯乙烯的单体，由其制备的材料被广泛用于橡胶、塑料、绝缘材料、玻璃纤维、汽车、船体、食物容器和地毯的生产。据美国能源部统计，2010年全球苯乙烯的年产量高达2500万吨。由于其丰富的来源以及广泛的应用前景，过去百年间，化学家们基于烯烃化合物发展了一系列化学转化方法，进一步拓展了其功能：其中烯烃复分解反应和Heck反应被授予“诺贝尔化学奖”，以表彰该方法在天然产物、药物分子合成及材料学方面的应用（图1）。

图1  基于苯乙烯化合物的转化

过去芳基烯烃转化方法都是基于碳碳双键、烯烃C(sp²)-H键以及烯丙位C(allylic)-H键的转化；而其他类型的转化研究比较少：尤其是通过脱烯基碳碳键断裂未见报道（图2）。

图2  基于苯乙烯的化学断键模式

研究进展

北京大学药学院焦宁团队通过串联活化策略，通过热力学驱动首次实现了具有挑战性的脱烯基C(Ar)-C(alkenyl)单键的断裂（键解离能116.9 kcal/mol）。以简单易得的叠氮试剂和商品化的双氧水水溶液作为氮源和氧源，将苯乙烯原料转化为高附加值苯胺及苯酚类含氮含氧芳香族化合物：该反应在氧化还原中性的条件下，无需金属参与，条件简单，操作方便，具有潜在的应用前景。该方法为芳基烯烃的转化提供了新思路，实现了大宗化学品利用新突破。该研究的主要挑战是如何克服苯乙烯碳碳双键断裂的固有反应性。例如：过去的方法学认为双氧水很容易与烯烃发生环氧化以及在氧化性条件下苯乙烯化合物很容易断裂生成醛、酮、酸等副产物（图3）。

图3  基于苯乙烯的碳碳键断裂挑战

受工业上制备苯酚和丙酮的Hock反应启发，作者通过对烯烃的氢官能化，构筑苄位过氧化物中间体，通过熵增加驱动的碳碳键重排断裂实现C(Ar)-C(alkenyl)单键断裂，从而合成重要的苯酚类衍生物。同样，作者设想构筑类似含氮中间体实现上述转化。此外该方法还能用于氨基酸、生育酚及雌酚酮具有重要生物活性的复杂分子的后期官能化修饰（图4）。

图4  苯乙烯化合物脱烯基氮化氧化

未来展望

基于苯乙烯类烯烃化合物的转化，作者提出了非传统碳碳单键断裂新策略，开发了烯烃的新利用途径及断键模式，为烯烃活化及小分子的利用提供了思路。此外，脱烯基策略提供了烯烃化合物原位定点高效官能化方法，为芳香族化合物的合成提供了高效、高选择性的新途径。

作者简介

焦宁，北京大学药学院教授，长期致力于绿色化学、药物合成的绿色化、基于代谢类疾病的新药发现研究，在氧化反应、氮化反应、卤化反应等研究领域中取得了一系列创新性的成果，提出了简单碳氢化合物氮合反应的概念，利用氧气为氧化剂突破了氧合反应的瓶颈，通过氧化、氮化、卤化反应实现药物活性中间体的绿色、高效合成及修饰，取得了多项创新性成果，为布洛芬、酮洛芬、萘普生、扎托洛芬、雌酚、生育酚、花椒毒素，扁豆毒素，青藤碱等药物和天然产物的后期高效修饰提供了有效方法。

文章来源“Research科学研究”公众号

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