近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化與新材料研究中心中科院院士張濤、研究員李昌志等人發(fā)展了一種無過渡金屬催化解聚酚型 -O-4木質(zhì)素模型化合物定向制備嘧啶衍生物的新策略，為木質(zhì)素高值化轉(zhuǎn)化制備含氮雜環(huán)醫(yī)藥中間體開辟了新路徑。
通過氮原子參與解聚木質(zhì)素來獲得高附加值含氮芳香化學(xué)品，是木質(zhì)素高值化轉(zhuǎn)化的新方向。現(xiàn)階段，大多數(shù)N參與木質(zhì)素轉(zhuǎn)化策略僅僅局限于解聚單體的反應(yīng)。對(duì)于木質(zhì)素 -O-4的主要結(jié)構(gòu)片段，往往需要先氧化預(yù)處理，再進(jìn)行胺化反應(yīng)，以此生成相應(yīng)環(huán)己胺和芳香胺類化學(xué)品。因涉及C-O/C-C鍵斷裂、C-N鍵精準(zhǔn)構(gòu)筑，以及多步反應(yīng)高度耦合等反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)該化學(xué)品直接轉(zhuǎn)化為含氮芳香雜環(huán)化合物具有挑戰(zhàn)。
大連化物所實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素基嘧啶衍生物的定向制備
本工作在有機(jī)胺的參與下，發(fā)展了一鍋法解聚 -O-4木質(zhì)素模型化合物定向制備嘧啶衍生物的新策略，并成功合成了抗腫瘤藥物海洋生物堿Meridianin的類似物。與已經(jīng)報(bào)道的有機(jī)合成路線相比，該策略原料廉價(jià)可再生、步驟簡(jiǎn)單，整體效率和原子經(jīng)濟(jì)性大幅提高。
研究人員以 -O-4模型化合物、苯甲脒和芐醇為底物，利用NaOH促進(jìn)了一鍋多組分串聯(lián)耦合反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素基嘧啶衍生物的定向制備，建立了從不同 -O-4片段直接轉(zhuǎn)化為生物基嘧啶衍生物的普適方法；與北京化工大學(xué)雷鳴教授課題組合作，通過控制實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算相結(jié)合，闡明了木質(zhì)素C-O鍵斷裂與C-N鍵生成的最優(yōu)反應(yīng)路徑，證明苯乙酮類化合物為脫氫步驟的主要?dú)涫荏w。該體系特色鮮明，是首例將木質(zhì)素主要結(jié)構(gòu)片段定向轉(zhuǎn)化為嘧啶衍生物反應(yīng)體系；無需外加氫源或氧源，一鍋串聯(lián)耦合反應(yīng)操作簡(jiǎn)便，原子經(jīng)濟(jì)性高；基于該反應(yīng)體系，研究人員成功合成了天然生物堿Meridianin衍生物，證明了其在藥物合成中的應(yīng)用潛力。
該團(tuán)隊(duì)前期發(fā)展了系列催化解聚策略，實(shí)現(xiàn)了木質(zhì)素定向轉(zhuǎn)化為酚類、芳烴、芳香酮、芐胺、航煤段多環(huán)烷烴等能源化學(xué)品（J. Energy Chem.，2022；Appl. Catal. B: Environ.，2022；ACS Catal.，2022；ACS Catal.，2022；Angew. Chem. In. Ed.，2021；ChemSusChem.，2020；ACS Catal.，2019；Green. Chem.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Chem. Sci.，2018）。
上述研究成果以“Transition-metal-free Synthesis of Pyrimidines from Lignin -O-4 Segments via a One-pot Multi-component Reaction”為題，于近日發(fā)表在《自然-通訊》上。該工作的共同第一作者是大連化物所張波副研究員、郭騰龍博士和北京化工大學(xué)李哲偉。上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”、皇家化學(xué)會(huì)國(guó)際合作項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。
