使用 N-Hydroxytetrachlorophthalimide (TCNHPI) 進行電化學烯丙基 C-H 氧化反應

簡介

教授 Phil Baran 及其同事開發了一種新的試劑， N-Hydroxytetrachlorophthalimide (ALD00564)，它提供了一種廉價、可擴展且安全的合成替代品，可用於烯丙基氧化等常用的轉換反應，以及 Negishi 和 Suzuki-Miyaura 類交叉耦合反應。在這些情況下，此種試劑不需要使用有毒性的試劑或貴金屬，因此適用於大規模的工業應用。

優點

• 氧化還原活性試劑，因為它在各種氧化轉換過程中很容易接受電子^1,3
• 由於存在奪離電子基團 (-Cl)，它在用作氫化鄰苯二甲酰亞胺的介質時更為優越。li>由於含有奪電基團 (-Cl)，因此在天然產品的合成過程中，它比 N-羥基鄰苯二甲酰亞胺更適合用作媒介物²
• 在多種高度使用的合成反應中，可取代有毒化學試劑或昂貴的催化劑，使其得以在工業規模上應用

代表性應用

1. TCNHPI（ALD00564）已被用於通過與烷基酸反應合成各種氧化還原活性酯。^1,4 以下列出了在室溫下使用 TCNHPI 在二氯甲烷中合成的一些由 TCNHPI 衍生的氧化還原活性酯。

TCNHPI 衍生的酯類易於與芳基鋅試劑進行交叉耦合¹ 並且是鈴木偶合反應的理想偶合夥伴。

2. TCNHPI 也可在天然產品合成的烯丙基 C-H 氧化反應中作為媒介，Baran 和同事提供了 40 個例子，包括類固醇和三萜衍生化合物。

3. TCNHPI 在各種電化學烯丙基氧化反應中扮演催化劑的角色。由於其高氧化電位 (0.87 V 對 Ag/AgCl)，在氧化反應過程中可有效地產生能量較高且反應性較強的四氯酞酰亚胺基 (tetrachlorophthalimido N-oxyl radical species)。

TCNHPI對烯烴進行電化學烯丙基氧化反應的分步機理如下：²
a)  TCNHPI 與吡啶發生去質子化作用，產生四氯酞酰亚胺 N-氧陰離子。
b)  陰離子進行陽極氧化，產生四氯酞酰亚胺基 N-氧自由基物種。
c) 烯烴化合物 (I) 發生氫抽取，從而再生回 TCNHPI 和穩定的烯丙基 (II)。
d)  烯丙基 (II) 與電化生成的 t-BuOO（來自 t-BuOOH）反應，生成過氧化烯丙基 (III)。
e)  去除 (III) 中的 t-BuOH，得到烯酮 (IV)。

結論

總之，ALD00564 是一種廉價、可擴展的計量試劑，可實現重要的轉換，例如烯丙基氧化以及羧酸與硼酸的鎳催化交叉偶合。最後一項技術（和試劑）在商業上的表現非常出色，將迫使人們重新思考如何設計和合成各種大小和複雜性的分子。

參考資料

1. Cornella J, Edwards JT, Qin T, Kawamura S, Wang J, Pan C, Gianatassio R, Schmidt M, Eastgate MD, Baran PS. 2016. Practical Ni-Catalyzed Aryl?Alkyl Cross-Coupling of Secondary Redox-Active Esters. J. Am. Chem. Soc.. 138(7):2174-2177. https://doi.org/10.1021/jacs.6b00250

2. Horn EJ, Rosen BR, Chen Y, Tang J, Chen K, Eastgate MD, Baran PS. 2016. Scalable and sustainable electrochemical allylic C?H oxidation. Nature. 533(7601):77-81. https://doi.org/10.1038/nature17431

3. Qin T, Cornella J, Li C, Malins LR, Edwards JT, Kawamura S, Maxwell BD, Eastgate MD, Baran PS. 2016. A general alkyl-alkyl cross-coupling enabled by redox-active esters and alkylzinc reagents. Science. 352(6287):801-805. https://doi.org/10.1126/science.aaf6123

4. Wang J, Qin T, Chen T, Wimmer L, Edwards JT, Cornella J, Vokits B, Shaw SA, Baran PS. 2016. Nickel-Catalyzed Cross-Coupling of Redox-Active Esters with Boronic Acids. Angew. Chem. Int. Ed.. 55(33):9676-9679. https://doi.org/10.1002/anie.201605463