Elektrochemischer Reaktor bestimmt Ortsselektivität in N

Mar 31, 2023

Nature Band 615, Seiten 67–72 (2023)Diesen Artikel zitieren

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Pyridine und verwandte N-Heteroarene kommen häufig in Pharmazeutika, Agrochemikalien und anderen biologisch aktiven Verbindungen vor1,2. Die ortsselektive C-H-Funktionalisierung würde einen direkten Weg zur Herstellung dieser medizinisch aktiven Produkte bieten3,4,5. Beispielsweise könnten Nikotinsäurederivate durch C-H-Carboxylierung hergestellt werden, aber dies bleibt eine schwer fassbare Transformation6,7,8. Hier beschreiben wir die Entwicklung einer elektrochemischen Strategie zur direkten Carboxylierung von Pyridinen mit CO2. Die Wahl des Elektrolyseaufbaus führt zu unterschiedlichen Ortsselektivitäten: Eine geteilte elektrochemische Zelle führt zur C5-Carboxylierung, während eine ungeteilte Zelle die C4-Carboxylierung fördert. Es wird angenommen, dass die Reaktion ungeteilter Zellen über einen Mechanismus der gepaarten Elektrolyse abläuft9,10, bei dem sowohl kathodische als auch anodische Ereignisse eine entscheidende Rolle bei der Veränderung der Ortsselektivität spielen. Insbesondere reagiert anodisch erzeugtes Iod bevorzugt mit einem wichtigen Radikalanion-Zwischenprodukt im C4-Carboxylierungsweg durch Wasserstoffatomtransfer und verändert so die Reaktionsselektivität mithilfe des Curtin-Hammett-Prinzips11. Der Umfang der Umwandlung wurde auf ein breites Spektrum von N-Heteroarenen ausgeweitet, darunter Bipyridine und Terpyridine, Pyrimidine, Pyrazine und Chinoline.

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Wir danken X. Wang vom Analytical & Testing Center der Sichuan University, J. Li und D. Deng von der umfassenden Schulungsplattform des Specialized Laboratory am College of Chemistry der Sichuan University und den Analyseeinrichtungen der Cornell University (unterstützt von National). Zuschuss der Science Foundation (CHE-1531632) für die Charakterisierung von Verbindungen. Diese Arbeit wurde finanziert von der National Natural Science Foundation of China (22225106 und 21822108 an D.-GY), dem Sichuan Science and Technology Program (20CXTD0112 an D.-GY), dem „973“-Projekt von MOST of China (2015CB856600 an D.-GY), Fundamental Research Funds der Sichuan University (2020SCUNL102 an D.-GY), des National Institute of General Medical Sciences (R01GM130928 an SL), Eli Lilly and Company (an SL) und der Cornell University (an SL). SL dankt der Sloan Foundation für ein Sloan Research Fellowship. Elektronenspinresonanzdaten wurden am National Biomedical Center for Advanced ESR Technology (ACERT) (P41GM103521) mit Unterstützung von S. Chandrasekaran gesammelt und analysiert. Wir danken M. Frederick für hilfreiche Diskussionen, P. Milner und S. Meng für die Verwendung der Gaschromatographie, C. Wagen und E. Jacobsen für die Verwendung des Karl-Fischer-Titrators, I. Keresztes für Hilfe bei der NMR-Analyse, J. Martinez Alvarado für die grafische Gestaltung von Abb. 2, J. Ho für die Bearbeitung des Manuskripts und W. Guan für die Reproduktion von Experimenten.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Guo-Quan Sun, Peng Yu, Wen Zhang

Schlüssellabor für grüne Chemie und Technologie, Bildungsministerium, Hochschule für Chemie, Sichuan-Universität, Chengdu, Volksrepublik China

Guo-Quan Sun, Wei Zhang, Li-Li Liao, Zhen Zhang, Li Li und Da-Gang Yu

Abteilung für Chemie und Chemische Biologie, Cornell University, Ithaca, NY, USA

Peng Yu, Wen Zhang, Yi Wang, Zhipeng Lu und Song Lin

Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, Peking, Volksrepublik China

Da-Gang Yu

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G.-QS, PY und Wen Zhang haben gleichermaßen zu dieser Arbeit beigetragen. G.-QS, PY, Wen Zhang, Wei Zhang, L.-LL, ZZ und LL führten synthetische Experimente durch. PY, G.-QS und Wen Zhang führten mechanistische Experimente durch. YW und ZL führten DFT-Rechnungen und elektroanalytische Experimente durch. SL und D.-GY betreuten das Projekt.

Korrespondenz mit Da-Gang Yu oder Song Lin.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature dankt Ki Tae Nam und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Diese Datei enthält die ergänzenden Abschnitte 1–20, einschließlich ergänzender Texte und Daten, ergänzender Tabellen 1–13 und ergänzender Abbildungen. 1–32 und Referenzen – Einzelheiten finden Sie im Inhaltsverzeichnis.

Springer Nature oder sein Lizenzgeber (z. B. eine Gesellschaft oder ein anderer Partner) besitzen die ausschließlichen Rechte an diesem Artikel im Rahmen einer Veröffentlichungsvereinbarung mit dem/den Autor(en) oder anderen Rechteinhaber(n); Die Selbstarchivierung der akzeptierten Manuskriptversion dieses Artikels durch den Autor unterliegt ausschließlich den Bedingungen dieser Veröffentlichungsvereinbarung und geltendem Recht.

Nachdrucke und Genehmigungen

Sun, GQ., Yu, P., Zhang, W. et al. Der elektrochemische Reaktor bestimmt die Ortsselektivität bei N-Heteroaren-Carboxylierungen. Natur 615, 67–72 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05667-0

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Eingegangen: 18. August 2022

Angenommen: 16. Dezember 2022

Veröffentlicht: 05. Januar 2023

Ausgabedatum: 02. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05667-0

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