CO2变换在单罐两步过程中进行,用于合成复杂分子。选择性 4 e–使用氢硼还原剂减少 CO2提供了一种反应性和多功能的乙醛中间体,随后参与冷凝反应或碳介C-C耦合生成。
本文介绍使用单罐两步法的CO2转换。该方法的目的是提供各种增值产品,特别是产生手性碳中心。关键的第一步是选择性的双氢化CO2催化由铁氢复合物。用这种4e-还原获得的产品是一种罕见的乙酰乙醛,化合物1,在第二步中原位受到三种不同的反应。第一反应涉及与(二丙丙基)苯丙胺的冷凝反应,提供相应的imine 2。在第二次和第三次反应中,中间体1与三氮-5-二利苯(Enders’s carbene)发生反应,以根据反应条件提供化合物3或4。在这两种化合物中,C-C键形成,手性中心由CO2作为碳的唯一来源产生。化合物4显示了两个手性中心,以非莫斯型机制以二立体选择性的方式获得。我们证明了剩余的波里尔片段在这种前所未有的立体控制中起着关键作用。该方法的兴趣基于反应性和通用性1,从单个中间体产生各种复杂的分子。两步法的复杂性由总反应时间短(反应时间较大为2小时)和轻度反应条件(25°C至80°C和CO21至3安分姆)补偿。
鉴于使用CO2作为可持续碳源1、2、3的巨大兴趣,该方法的目的是将CO2转化为各种增值产品。
深入的研究旨在使CO24,5功能化,或将其转化为甲酸(2 e–减少),一氧化碳(2e -减少),甲醇(6e -减少)或甲烷(8 e–减少)1,6。截取2个电子还原产物与胺,特别是,产生形式酰胺和甲基胺7,8,9。这些研究领域是迄今为止最先进的。然而,与起始材料相比,无障碍功能的范围和产品附加值仍然相当小。
为了规避这一限制,我们专注于4 e–减少CO2和ii)应用一锅两步程序。单罐两步程序的目的是限制两个步骤之间的兼容性问题,从而扩大在减少的第一步之后可以执行的反应性类型。我们的目标是减少CO2的4e-因为甲醛-最简单的4e-减少产品-是一个特别反应和多功能的碳源10,11。它用作冷凝反应作为亚甲源,可聚合成碳水化合物。后者的变数-称为变数-是一个令人印象深刻的转换产生碳链和手性碳中心,完全由甲醛,是高的兴趣合成12,13和益生菌化学14,15,16。虽然我们能够观察到CO2水化17的游离甲醛,但其在均匀条件下的选择性生成仍然是前所未有的。而不是甲醛,我们开发了合成二乙酸乙醛化合物1从CO218,19的选择性双氢化。
在一锅两步工艺中,我们在此证明,在同一锅中,这种中间体1 i)在冷凝反应18或ii中作为甲醛的代用品反应,产生经过修饰的莫思型反应20。在后一种反应中,获得C-C耦合和手性碳中心。
在这里,我们介绍了CO2到复杂产品的一罐两步多功能转换。该方法的第一步是使用氢硼还原剂选择性地减少CO2.这一步至关重要,因为对 4e减少的选择性具有挑战性.很少有系统被报道描述选择性生成乙二醇23,24,25。在我们的例子中,铁氢化物复合物用9-BBN催化这种选择性4e-减少CO2,在温和条件下(25°C)和反应时间极短(45分钟)(图2)18下提供化合物1。我们的研究表明,反应条件是非常重要的。在我们手中,每次试图改变浓度、溶剂、CO2压力和温度都导致化合物1的收率下降。较长的反应时间也是有害的,因为它会导致甲醇水平过度降低或乙二醇的进化成几种寡聚化合物。根据我们的经验,有必要通过原位1H NMR 表征来验证此还原步骤的结果。该方法的可重复性需要多次测试。
中间体1与体积庞大的阴碱的原位冷凝反应产生相应的imine 2(图2)。这是一个简单明了的方法,化合物2很容易形成高产量(83%)。这种反应也可用于探测还原步骤的效率。该方法是唯一能从CO2合成imine函数的方法。此外,在各种冷凝反应中,中间1被证明是亚甲基的多功能来源,导致C-N、C-O、C-C和C+C键18的形成。因此,这种方法提供了一种直接的方法,使用CO2作为甲醛的代理在冷凝反应26。
中间1与Ender的Carbene反应,以提供化合物3或4,取决于反应条件(图3)20。在深入实验和理论研究的支持下,我们得以解释观测到的反应性。在这种情况下,化合物1不作为甲醛反应,因为硼基莫蒂留在化合物3和4中。这个特点产生于形成一个前所未有的O-Boryled布雷斯洛中间体(图3)27,28,29,30,31,32。这种中间体不是实验观察到的,但可以作为双功能刘易斯酸/刘易斯基活化剂对CO2,以支付化合物3或导致两个更多的碳中心的同质耦合,以支付化合物4。在这两种产品中,都生成了手性中心,在化合物4的情况下,由于桥接性宝尔片段的存在,以二元选择性的方式获得两个手性中心,C2和C3。
这里提出的进步是可能的,由于采用了一锅两步法和从CO2的选择性4e减少产生的中间1的高和多功能反应性。遵循一种类似的方法,以进一步提高合成分子的范围和复杂性,进行的工作是专门i)调整二乙酸乙醛在使用其他水硼还原剂的特性,ii)探索不同的耦合条件,在使用其他有机催化剂。
The authors have nothing to disclose.
S. D. 感谢米迪-比利内斯大学和图卢兹大学获得博士学位。D. Z. 感谢中国奖学金委员会获得博士学位。A. M. 感谢COLFUTuro获得博士学位。S. B. 感谢ANR方案JCJC”ICC”和A.Leon教授进行了富有成果的讨论。
Wilmad quick pressure valve NMR tube 5 mm diam. | Sigma-Aldrich | Z562882-1EA | |
Filtre-seringue PTFE hydrophobe Ø 25 mm pores 0,22 µm | UGAP | 2528593 | |
Fisher Porter | Home made system | ||
9-borabicyclo[3.3.1]nonane dimer | Sigma-Aldrich | 178713 | |
FeCl2 (anhydrous) | Strem | MFCD00011004 | |
d,l-Glyceraldehyde | Sigma-Aldrich | G5001 | |
2,6-(diisopropyl)phenylamine | Sigma-Aldrich | 374733 | |
dimethylphosphinoethane | Strem | MFCD00008511 | |
Tetrahydrofuran | Carlo Erba | solvent | |
Diethyl ether | Carlo Erba | solvent | |
Pentane | Carlo Erba | solvent | |
Tetrahydrofuran D8 | Eurisotop | D149FE |