我所实现木质素基嘧啶衍生物的定向制备

  近日,我所催化与新材料研究中心(1500组)张涛院士、李昌志研究员等人发展了一种无过渡金属催化解聚酚型β-O-4木质素模型化合物定向制备嘧啶衍生物的新策略,为木质素高值化转化制备含氮杂环医药中间体开辟了新路径。

  通过氮原子参与解聚木质素来获得高附加值含氮芳香化学品,是木质素高值化转化的新方向。现阶段,大多数N参与木质素转化策略仅仅局限于解聚单体的反应。对于木质素β-O-4的主要结构片段,往往需要先氧化预处理,再进行胺化反应,以此生成相应环己胺和芳香胺类化学品。因涉及C-O/C-C键断裂、C-N键精准构筑,以及多步反应高度耦合等反应,实现该化学品直接转化为含氮芳香杂环化合物具有挑战。

 

  本工作在有机胺的参与下,发展了一锅法解聚β-O-4木质素模型化合物定向制备嘧啶衍生物的新策略,并成功合成了抗肿瘤药物海洋生物碱Meridianin的类似物。与已经报道的有机合成路线相比,该策略原料廉价可再生、步骤简单,整体效率和原子经济性大幅提高。

  研究人员以β-O-4模型化合物、苯甲脒和苄醇为底物,利用NaOH促进了一锅多组分串联耦合反应,以此实现木质素基嘧啶衍生物的定向制备,建立了从不同β-O-4片段直接转化为生物基嘧啶衍生物的普适方法;与北京化工大学雷鸣教授课题组合作,通过控制实验与理论计算相结合,阐明了木质素C-O键断裂与C-N键生成的最优反应路径,证明苯乙酮类化合物为脱氢步骤的主要氢受体。该体系特色鲜明,是首例将木质素主要结构片段定向转化为嘧啶衍生物反应体系;无需外加氢源或氧源,一锅串联耦合反应操作简便,原子经济性高;基于该反应体系,研究人员成功合成了天然生物碱Meridianin衍生物,证明了其在药物合成中的应用潜力。

  该团队前期发展了系列催化解聚策略,实现了木质素定向转化为酚类、芳烃、芳香酮、苄胺、航煤段多环烷烃等能源化学品(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 β-O-4 Segments via a One-pot Multi-component Reaction”为题,于近日发表在《自然-通讯》上。该工作的共同第一作者是我所1502组张波副研究员、郭腾龙博士和北京化工大学李哲伟。上述工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中科院B类先导专项“能源化学转化的本质与调控”、皇家化学会国际合作项目等项目的资助。(文/图 张波)

  文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-30815-5

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