Anorganische scheikunde, de omzetting van geïnactiveerde koolstof-waterstof (C-H) bindingen naar koolstof-stikstof (C-N) bindingen is een zeer gewaardeerde transformatie. Wetenschappers kunnen dergelijke reacties op slechts één enkele C-H-plaats uitvoeren, aangezien de eerste derivatisering de reactiviteit van de omringende C-H-bindingen kan verminderen. In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd in Wetenschap , Tao Shen en Tristan H. Lambert bij de afdeling scheikunde en chemische biologie, Cornell universiteit, New York, toonde aan dat gealkyleerde arenen vicinale CH-diamineringsreacties konden ondergaan om 1 te vormen 2-diaminederivaten met behulp van een elektrofotokatalytische strategie. Tijdens het synthetische proces, ze gebruikten acetonitril als oplosmiddel en stikstofbron. Ze katalyseerden de reactie met behulp van een trisaminocyclopropenium (TAC) ion, die anodische oxidatie onderging om een ​​stabiele radicaaldication (elk kation) te verschaffen, terwijl de kathodische reactie protonen reduceerde tot moleculaire waterstof. Toen ze de TAC-radicaalaanduiding bestraalden met een wit licht compact fluorescerend licht, ze genereerden een sterk oxiderend foto-geëxciteerd tussenproduct. Op basis van de gebruikte elektrolyt, het team behaalde ofwel 3, 4-dihydroimidazol- of aziridineproducten.

Een nieuw synthetisch proces

Alomtegenwoordige chemische reacties die inerte koolstof-waterstof (C-H) bindingen omzetten in waardevolle koolstof-stikstof (C-N) bindingen kunnen de constructie van complexe moleculen die relevant zijn voor de biomedische onderneming aanzienlijk versnellen. Onderzoekers hebben daarom een ​​reeks C-H-amineringsreacties afgeleid, maar ondanks hun macht en reikwijdte, veel synthetische campagnes moeten talloze C-N-koppelingen installeren. Een grote uitdaging voor het ontwikkelen van dergelijke chemische reacties is dat heterofunctionaliteit de neiging heeft om omringende bindingen te deactiveren in de richting van de typische mechanistische modi van C-H-activering. Slechts een paar reactietechnologieën hebben daarom tot dusver multipotente functies op proximale C-H-bindingen verwezenlijkt. Shen et al. beschreef een strategie voor krachtige oxidatiechemie door de energie van licht en elektriciteit te combineren in een enkele katalysator in een proces dat bekend staat als elektrofotokatalyse (EPC). Tijdens deze strategie het team gebruikte elektrochemische oxidatie van trisaminocyclopropenium (TAC) -ionen onder een relatief milde elektrochemische potentiaal en gelijktijdige bestraling met zichtbaar licht om het resulterende radicale kationische tussenproduct te exciteren. De foto-geëxciteerde radicaaldication was een extreem krachtig oxidatiemiddel dat uitdagende reacties vertoonde, waaronder oxidatieve functies van benzeen en andere elektronenarme arenen of de regioselectieve CH-functionalisatie van ethers.

Het team veronderstelde dat de oxiderende kracht van TAC ook andere C-H-bindingsactiveringsverdeelstukken mogelijk maakt. Onder de juiste omstandigheden, de elektrofotokatalytische benadering zou carbo-kation-tussenproducten kunnen genereren om Ritter-type functionalisering van CH-bindingen te vergemakkelijken zonder een extern chemisch oxidatiemiddel. Typisch, tijdens Ritter-type reacties genereren een carbokation met daaropvolgende insluiting door een nitril om nitriliumion-tussenproducten te vormen, gevolgd door amideproducten na hydrolyse. Het team ging ervan uit dat de sterk oxiderende, maar selectieve omstandigheden aangeboden door TAC (trisaminocyclopropenium) EPC (elektrofotokatalyse) kunnen een reeks van meerdere Ritter-type C-H-functionalisatiereacties mogelijk maken, waarbij de aanvankelijk gevormde acetamidegroep een tweede amineringsreactie op een aangrenzende positie mogelijk maakte. Indien mogelijk, de methode zou de regioselectieve aminering van twee C-H-bindingen kunnen vergemakkelijken door eenvoudigweg zichtbaar licht te gebruiken, een milde elektrochemische potentiaal en een algemeen oplosmiddel als stikstofbron in plaats van nitreenprecursoren. Shen et al. reported the realization of the electrophotocatalytic deamination of C-H bonds to furnish dihydroimidazoles or aziridines, depending on the type of electrolyte used during the experiments.

The synthetic products

After extensively screening, the reaction conditions including the cell potential, electrolyte, acid additive and reaction time, Shen et al. identified conditions to assist the efficient conversion of a variety of benzylic hydrocarbons of the corresponding N-acyl-4, 5-dihydroimidazole adducts. In the reaction setup, the scientists used visible light irradiation with a white compact fluorescent light of a solution of the substrate containing TAC in a divided electrolytic cell under controlled potential. The team added the TAC catalyst and substrate within the anodic chamber where the C-H deamination chemistry occurred. The resulting redox by-product was effectively traceless. Based on similar conditions, a variety of benzylic hydrocarbons underwent vicinal C-H diamination to form diverse products. In all cases, the researchers noted how the function of methylene carbons occurred in preference to methyl carbons, even when in the presence of a sterically demanding group or electron-withdrawing group. Since the α-α-diaryl amines formed a valuable substructure in biomedically relevant compounds, the team also investigated the transformation on gem-diaryl substrates. They found that the 1, 1-diphenyl ethane reacted efficiently to furnish a secondary alkyl benzene compound with 80 percent yield. The compatibility of alcohol, ester, alkyl fluoride and amide substituents allowed the synthesis of more highly functionalized adducts.

Functionalizing ring systems

The team further studied the potential of this reaction to functionalize ring systems. The reaction of phenyl cyclopentane led to the bicyclic compound in 85 percent yield. The scientists produced six- and seven-membered ring products as regioisomeric mixtures, alongside eight- and 12-membered ring products as single isomers. They improved some of the yields for cyclic substrates by using tetrabutylammonium phosphate (TBAF ₆ ) as the electrolyte. In addition to acetonitrile, the researchers used other nitriles to give rise to diaminated products derived from propionitrile, butyl nitrile or benzonitrile as the nitrogen source. The scientists also tested the diamination process using unbranched benzylic substrates. Als resultaat, imine and halogenated derivatives gave rise to aziridines in low to modest yields with nearly equal yields of diaminated products.

Since late-stage C-H functionalization processes offered powerful tools for the diversification of medicinal compound libraries, Shen et al. tested the difunctionalization chemistry on several molecules that are close analogs of known biologically active molecules. The team diaminated a dibromoisatin derivative to produce a bioactive molecule analogue in 42 percent yield. Bijvoorbeeld, Isatin derivatives have been investigated in the past due to their medicinal properties including antitumor and antiviral activities. The scientists also found that celecoxib analogs could produce 56 percent yield under standard conditions. They then converted an analog of thalidomide with antiproliferative activity into another bioactive analog with 50 percent yield. The team further found how a small modification to the electrophotocatalytic procedure could lead to the isolation of free 1, 2-diamines in good yields. Shen et al. believe the mechanisms to have originated with Ritter-type amination of the substrates benzylic C-H bond in a process that accords with known electrochemical Ritter-type reactions. Op deze manier, Tao Shen and Tristan H. Lambert noted the compatibility of deamination with a reasonable diversity of functionality for the practical applications of this reaction. The scientists used the power of combined light and electrical energy to conduct the reactions in the functionality of a single catalyst with advancing synthetic capabilities.

© 2021 Science X Network