研究背景
Barry Sharpless、Morten Meldal和Carolyn Bertozzi教授因其在 “點(diǎn)擊反應(yīng)” 方面的開創(chuàng)性工作及其對(duì)生物正交變換的擴(kuò)展而于2022年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
毫無疑問,最重要的點(diǎn)擊反應(yīng)類型是銅催化的疊氮化物和炔烴之間的[3+2]環(huán)加成,通常被稱為Huisgen環(huán)加成。隨著Sharpless奠定了點(diǎn)擊化學(xué)的基本原理,很明顯,Huisgen環(huán)加成符合點(diǎn)擊反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
Huisgen環(huán)加成是合成三唑類化合物的重要方法。藥物發(fā)現(xiàn)三唑類化合物在生物活性分子中是普遍存在的。到目前為止,三唑在藥物化學(xué)、材料科學(xué)、超分子化學(xué)、生物偶聯(lián)和組合化學(xué)技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。
快速方便地構(gòu)建1,2,3-三唑環(huán)為合成化學(xué)開辟了新的途徑,具有重要意義。與傳統(tǒng)的批處理方案相比,連續(xù)流技術(shù)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
如更精確的溫度控制;
更快地達(dá)到所需溫度;
改進(jìn)的混合;
更高的催化劑與底物比率;
更快的催化劑和參數(shù)篩選。
在這篇綜述中,作者概述了在連續(xù)流反應(yīng)器系統(tǒng)中進(jìn)行的不同類型的點(diǎn)擊反應(yīng),并強(qiáng)調(diào)這項(xiàng)技術(shù)如何為傳統(tǒng)的間歇反應(yīng)提供更優(yōu)選的替代方案。
銅催化Huisgen環(huán)加成反應(yīng)
2007年,Steven Ley的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)占地面積小的模塊化流動(dòng)反應(yīng)器系統(tǒng),用于通過Huisgen環(huán)加成反應(yīng)合成克級(jí)1,2,3-三唑。
作為這項(xiàng)工作的后續(xù)工作,作者還發(fā)表了一項(xiàng)有趣的使用Bestmann−Ohira試劑連續(xù)流動(dòng)合成末端炔烴的研究。
該小組還將上述技術(shù)結(jié)合成一種兩步連續(xù)流方法,包括原位合成炔烴及其銅催化的與疊氮化物的環(huán)加成。
2009年,Bodgan和他的同事,使用Bestmann−Ohira法連續(xù)流動(dòng)合成炔烴,開發(fā)了一種流動(dòng)反應(yīng)器系統(tǒng),用于使用簡(jiǎn)單的銅管作為催化劑連續(xù)生產(chǎn)1,2,3-三唑。
這項(xiàng)研究的目的是避免有機(jī)疊氮化物的分離,從而降低其快速劇烈分解的風(fēng)險(xiǎn)。
相反,疊氮化物是由相應(yīng)的烷基鹵化物(7a−f)原位生成的,并使用流動(dòng)化學(xué)系統(tǒng)直接用于一鍋反應(yīng)。此外,該小組發(fā)現(xiàn),使用銅管將起到催化劑的作用,從而消除了對(duì)催化劑銅的需要或任何額外的銅基均相或非均相催化劑的使用(Scheme 4)。
2010年,Kappe的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇關(guān)于連續(xù)流動(dòng)條件下銅催化的Huisgen環(huán)加成的機(jī)理研究。他們的主要目標(biāo)是研究應(yīng)用Lipshutz−Taft催化劑體系的可能性,該催化劑體系是Cu/C和Cu2O的混合物,專為炔烴−疊氮化物點(diǎn)擊反應(yīng)開發(fā)。
Kupracz等人發(fā)表了一種獨(dú)特的多步合成疊氮化乙烯的方法,隨后在連續(xù)流動(dòng)條件下進(jìn)行Huisgen環(huán)加成。盡管乙烯基疊氮化物的批量合成已有50年的歷史,但它使用了疊氮化碘(IN3),這是一種在一氯化碘(ICl)和疊氮化鈉反應(yīng)中形成的高爆炸性試劑。
因此,Kupracz的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種更安全的等效試劑,并通過將合成轉(zhuǎn)移到流動(dòng)化學(xué)系統(tǒng)來減輕風(fēng)險(xiǎn)(Scheme 5)。
對(duì)于連續(xù)流動(dòng)實(shí)驗(yàn),使用DBU的聚合物結(jié)合變體,將其裝載在與之前使用的玻璃管類似的玻璃管中。為了避免10的分離,將兩個(gè)流動(dòng)反應(yīng)器連接成疊縮系統(tǒng),直接產(chǎn)生疊氮化乙烯11,總產(chǎn)率在42%和91%之間。
在掌握最佳條件的情況下,他們使用先前合成的疊氮化乙烯11以中等至良好的產(chǎn)率(39−78%)獲得了12種不同N-乙烯基取代的三唑(16a−l)的化合物庫(kù)。
2012年,Tu及其同事在亞微通道反應(yīng)器系統(tǒng)中(帶有定制壓電換能器模塊的銅盒式反應(yīng)器)應(yīng)用超聲波處理后,觀察到Huisgen環(huán)加成的加速。
烷基疊氮化物的合成是在原位進(jìn)行的,類似于Bogdan早期的工作;
通過改變停留時(shí)間、溫度、超聲強(qiáng)度和超聲處理時(shí)間來優(yōu)化該反應(yīng)步驟;
合成了四個(gè)化合物庫(kù),由所有36個(gè)化合物(19)組成(兩個(gè)用超聲處理,另兩個(gè)不用超聲處理),以證明超聲處理的效率。
在發(fā)表了他們?cè)阢~管中進(jìn)行的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)后不久,Bogdan等人繼續(xù)研究連續(xù)流中的Huisgen環(huán)加成,旨在構(gòu)建具有類藥物功能的12−22元大環(huán)(Scheme 8)。
大環(huán)合成通常需要高度稀釋的溶液,他們工作的一個(gè)有趣方面是,流動(dòng)實(shí)驗(yàn)不需要高度稀釋的溶液。這是連續(xù)流動(dòng)中產(chǎn)生大環(huán)的閉環(huán)反應(yīng)的第一個(gè)文獻(xiàn)例子。
在掌握最佳條件的情況下,他們使用先前合成的疊氮化乙烯11以中等至良好的產(chǎn)率(39−78%)獲得了12種不同N-乙烯基取代的三唑(16a−l)的化合物庫(kù)。
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