劍橋大學光催化連續流技術新案例

背景介紹

在有機合成領域構建碳碳和碳雜鍵方式方法多種多樣，重氮化合物是構建該類共價鍵的重要成員。但由于其與生俱來就有不穩定及毒性等特點，在傳統的反應方式中，制備和使用重氮化合物一直存在著風險，所以對重氮物很難像一般物質一樣做廣泛的深入研究。

光化學反應因其具有反應速度快，清潔，操作簡單和后處理相對比較簡單等特點，越來越多的研究者將更多目光轉移到光化學研究領域。

近年來，微通道連續流技術因其反應效率高，安全等優點被人接受，越來越多的人開始嘗試使用該項新技術去探索新的研究內容，并取得了很多意想不到的成果。

那么如果將光化學反應和微通道連續流技術聯系起來，對重氮化合物做更深的研究會有什么樣的結果呢？

劍橋大學新案例

劍橋大學Steven V. Ley教授是歐洲微反應技術學者。2018年9月，Steven V. Ley教授帶領著他的研究團隊巧妙地將光化學反應和微通道連續流技術結合在一起做了一項新的研究工作，并將他們的研究成果發表在Chem. Comm.（DOI：10.1039 / C8CC06202A）上。下面就來看看他們的研究成果吧。

圖1：噁唑啉的紫外光解

2017年Steven V. Ley教授在其發表的論文里（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 16602 – 16605）就曾報道了噁唑啉在UV的照射下能夠原位生成活性*的重氮化合物。此次在Chem. Comm. （DOI：10.1039 / C8CC06202A）上報道的研究工作也是基于上述的研究。

圖2. 醛偶聯反應形成不對稱酮的方法

在此次報道的文獻里，作者主要目的是研究醛和重氮物直接制備相應的酮的方法。通過圖 2 可以看出，制備方法還是很多的。不過這些已有的報道大多數都涉及到金屬催化，需要加入不同種類的配體及添加劑，而且反應時間很長。

 能否在無任何金屬催化劑，配體及添加劑條件下，通過光照噁唑啉，原位生成的重氮物直接和底物反應，快速的合成目標化合物是本次研究的挑戰。

表 1. 醛C-H加成反應優化    

如表1所示，作者設計了這樣一個反應裝置，反應過程如下：原料按照一定的摩爾比注入持液體積10mL的反應器中，并保持UV持續光照，反應結束后，研究人員可以通過反應器后端在線紅外直接檢測反應的進程。利用在線監測，大大地縮短了研究時間，提高研究效率。

通過對溫度、反應時間、摩爾當量比和溶劑的篩選，研究者很快地發現，以二氯甲烷作為溶劑，反應溫度在20℃，停留時間保持在40分鐘，噁唑啉與醛的摩爾比在2:1的情況下，效果較為理想。根據這樣的優化條件，作者對反應的適用范圍做了進一步的研究。

 表2. 不穩定的重氮化合物在連續流反應中無金屬和添加劑與醛反應成酮

實驗結果如表2所示：

首先在該反應上嘗試使用了不同種類的噁唑啉（1-18）考察其普適性，實驗結果表明該反應對不同種類的碳環具有很好的耐受性。

三元、四元和五元碳環等都能很好地參與到反應中，尤其要說的是天然產物麝香酮也能參與到反應中并得到目標產品（6）；

含有大位阻基團的化合物也沒有影響到反應的成功進行并得到化合物（7）。而且這些碳環在該反應中沒有檢測到開環的現象也很好的說明了該反應盡管是光化學反應，但并非是自由基反應機理。

14、15、16、17和18這些化合物利用現有的金屬催化方法是難以合成的，但是利用該方法這些物質卻能在溫和的條件下就可以合成出來，不得不說該方法具有一定的優勢。

接著作者研究了醛的適用范圍（19-35）。實驗數據表明該反應對于醛具有很好的適用性，脂肪醛（29）也能很好地參與到反應中；作者嘗試合成含有硼酸酯官能團的化合物（23），該物質能被很好地合成出來。而利用現有的金屬催化合成具有相當大難度，并且不能保證可以做到。作者至少嘗試了35個反應，得到了30個化合物。

實驗總結：

利用光化學連續流技術很好的使用了重氮化合物，擴展了重氮物的使用范圍；

新方法避免了重氮化合物的儲存和運輸，減少了過程的不安全性；

相比先前的反應，該反應具有操作簡便、條件溫和、反應時間短等優勢；

沒有金屬化合物參與，具有環境友好，后處理方便等綠色化學的特點；

利用在線監測，大大地縮短了研究時間，提高研究效率。