河南科技学院牛红英/梁磊团队、清华大学毛润泽团队Angew：NADH类似物实现无金属、无光照脱羧转化

羧酸是一类来源广泛、价格低廉和可再生的化学原料，满足可持续化学转化的需求。以羧酸活化酯为底物的脱羧偶联反应已被用于高附加值化合物的制备（如图1A）。然而，由于羧酸非常稳定，这类方法通常依赖于金属或光催化剂降低反应能垒，并通过单电子转移（SET）实现脱羧偶联。近年来，辅酶NADH及其类似物被发现可以作为电子供体通过SET历程活化羧酸活化酯并产生自由基（如图1B）。这种方法避免了金属的使用，但对光照条件的依赖增加了设备和能耗的成本。河南科技学院牛红英/梁磊团队与清华大学毛润泽团队合作发展了一种NADH类似物促进的自由基生成新机制，实现了室温及空气氛围下的无金属、无光照脱羧转化。该反应使用羧酸的一步衍生物羧酸高碘酯（ADs）作为反应底物，在NADH类似物汉斯酯（Hantzsch ester，HE）的促进作用下实现了多种C–X键（X = S、Se、SCF₃、CN、Csp、Csp²和Csp³）的高效构建。该方法具有广泛的底物适用性，可用于氨基酸、药物分子及天然产物的后期修饰，为羧酸向高附加值产物的绿色高效转化提供了一种高效和简便的途径（如图1C）。

反应体系具有优秀的底物普适性，适用于一级、二级和三级羧酸（5–32）；同时，还适用于氨基酸（33–38）、含羧基药物分子和天然产物分子（39–51）的后期结构修饰。克级放大反应也显示出了良好的结果（39, 46, 50）。

通过使用其它类型的偶联试剂，原有反应体系或微调后的反应体系还可以应用于其它多种化学键的构筑，包括C–X键（X = S、Se、SCF₃和CN）、C–C(sp) 键、C–C(sp²) 键以及C–C(sp³) 键。

作者通过自由基捕获、自由基钟、环丙烷开环实验、关键中间体分离、密度泛函理论（DFT）计算和循环伏安法测试等手段对反应机理进行了深入研究，并提出了可能的反应机制。羧酸高碘酯（ADs）与汉斯酯（HE）发生单电子转移（SET）过程，生成两种自由基物种：II^•–、HE^•以及质子H⁺。自由基II^•–会迅速脱去CO₂，生成烷基自由基III并被SOMO-philes试剂IV捕获，生成苯磺酰自由基V和目标产物VI。其中，自由基V与HE^•发生氢原子转移（HAT）反应，生成吡啶83和苯磺酸84。

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NADH Analogues Enable Metal- and Light-Free Decarboxylative Functionalization

Lei Liang, Yue-Hui Wang, Cheng-Xing Cui, Xiao-Shan Deng, Song-Lin Wang, Hai-Ming Guo, Yingzi Li, Hong-Ying Niu and Runze Mao

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202415131

导师介绍

牛红英

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毛润泽

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