Chem. Sci.：木质素基化合物制备官能团化芳香产物

背景介绍

功能团化的芳香化合物广泛应用于医药化学、生物化学等领域，是一类重要的精细化学品。最常见的制备路径是首先将石油基的芳香底物预官能团化，在金属催化剂的作用下经过一个芳基/烷基金属中间体偶联生成目标产物。但是这个过程不可避免地需要使用不可再生的石油基芳香底物和有毒的预官能团化试剂。木质素是自然界中唯一的大量芳香化合物的可再生来源，将其高效定向转化为高附加值的官能团化芳香产物具有重要意义。

近日，中国科学院化学研究所的韩布兴课题组将氧化-脱羧策略和偶联官能团化的策略相结合，成功实现了将含有C(aryl)-C(OH) 结构的木质素基化合物定向转化为高值官能团化的芳香产物。

图文导读

Table 1. Optimization of reaction conditions.

作者首先以1-(2-硝基)苯乙醇为模型底物来研究C(aryl)-C(OH)键的氧化-脱羧和偶联硫醚化。研究发现当以二苯基二硫烷为硫源，硫酸铜为催化剂，1，10-邻二氮杂菲为配体，碳酸钾为碱性添加剂，二甲基亚砜为溶剂，氧气为氧化剂的时候，产物收率最高。且当配体的用量减少一半的时候，产物的收率由43%显著提高到93%，表明高的金属/配体用量比有利于反应的发生。

研究了C(aryl)-C(OH)键的氧化硫醚化反应之后，作者又尝试将其转化为其他高附加值产物。作者发现，银和铜双催化体系可以将初级和二级苄醇高选择性地转化为芳烃产物。当在反应体系中加入底物5的时候，底物1中的C(aryl)-C(OH)键和5中C-H键会同时被活化并相互偶联得到芳基苯并噻唑类产物，该产物在医药领域具有重要应用。

作者进一步对反应中间体进行了研究。从反应时间曲线中可以看出，芳香酮中间产物只在反应刚开始的时候产生，进而快速转化，而芳香醛是主要的中间产物，可以维持8个小时的存在。当以芳香酮、醛和酸分别作为底物时，在该反应体系中都可以高收率地得到硫醚产物。控制实验表明，醇底物首先经过脱氢到酮，然后酮的C(C=O)-C 键断裂得到醛，醛进而氧化到酸，最后酸中间产物经过脱羧硫醚化得到最终产物。而由于没有检测到酸中间体，作者认为醛氧化到酸这一步为该串联反应的决速步骤。

基于以上的研究，作者提出了一种C(aryl)-C(OH)键氧化硫醚化的可能反应路径。路径主要包括：铜催化的氧化、脱羧和硫醚化反应。首先，二价铜离子将芳香醇底物氧化脱氢得到芳香酮和一价铜离子，芳香酮经过氧化断键得到芳香醛，醛进而氧化到芳香酸。而一价铜离子在氧气和碱性氛围下被氧化为二价铜。然后，芳香酸中间体经过去质子化和二价铜形成铜盐，进而脱去一分子CO₂得到一种金属络合物。而二苯基二硫烷分解后与该金属络合物配位，最后铜离子离去得到偶联的硫醚产物，而离去的一价铜离子氧化为二价完成催化循环。

结论

作者提出了一种新型的策略将易制得的木质素基化合物转化为硫醚等高值化学品。在这个策略中，木质素基底物经过铜催化的氧化-脱羧和偶联硫醚化反应得到硫醚产物。当在铜和银双催化体系中，还可以将底物转化为芳烃和芳基苯并噻唑类产物。该策略为以后木质素的高效定向转化提供了一条新的反应路径。

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/SC/D0SC01229G

Mingyang Liu, Zhanrong Zhang*, Bingfeng Chen, Qinglei Meng, Pei Zhang, Jinliang Song, Buxing Han*,  Synthesis of Thioethers, Arenes and Arylated Benzoxazoles by Transformation of C(aryl)-C Bond of Aryl Alcohols. 

DOI: 10.1039/D0SC01229G