【研究成果】合成化學界的七星潭之石—優化鈀催化合成烯烴及二羰基有機化合物

by 朱 富國
39 觀看次數

撰稿 / 許芷辰(科學推展中心特約編輯)


 

圖1. 優化的鈀催化有機合成及其眾多優點

炔烴(Alkyne)基在有機合成中已被廣泛應用,因為它是屬於有機的重要官能基並且是關鍵的結構核心之一,所以可以輕鬆地參與各種化學分子的轉化。國立臺灣師範大學化學系姚清發教授的實驗室長期致力於開發對環境更友善的合成技術,希望能尋求出更溫和的反應條件、更高的產率以及更安全的有機合成法。

姚教授帶領的研究團隊,近年來持續展現出相當出色的研究水準。博士班學生Jivan Shinde和博士後研究員Veerababurao Kavala自2021年發表新型抗癌有機化合物以來,已有六次在國際知名期刊上發表引人注目的研究成果,廣受極高的評價與讚譽。他們最近的研究成果論文發表於美國化學學會的《有機化學通訊》(Organic Letters)期刊,同時獲選為該集封面,研究主題為「有機合成鈀催化交叉反應」。

這項研究採用一種創新策略,試圖通過連接碳原子的方法來改善有機合成反應,不僅成功地大幅縮短了反應時間,還能夠在室溫的溫和條件下進行反應,並且明顯的提高了產物的產率。不只如此,具多樣潛能與用途的產物也將也可能經由此方式來提高其產率,這將有助於科學家們開發新型的抗癌藥物和多功能的化學產品的概念。

這篇出版於2023年9月底的研究論文,內容概述了使用鈀(palladium, Pd)催化劑來催化反應物芳基硼酸(aryl boronic acids)與炔丙基1,3-二羰基炔烴(propargyl 1,3-dicarbonyl alkyne)進行具高度選擇性且是屬於馬可尼可夫類型(Markovnikov’s type)的加成反應。反應過程無需經由水處理,便可直接生成烯烴/二烯基1,3-二羰基(olefinic/diene 1,3-dicarbonyl)化合物。這種方法展示了僅需使用3 mol % [Pd]和溫和的鹼KOAc,即可獲得高達99 %高產率的產物,結果如圖2所示。

圖 2. 優化反應條件

研究團隊在這項研究中以鈀金屬元素作為催化劑,實現直接將碳原子與芳基硼酸結合,成功地合成了具有烯烴和二羰基結構的有機化合物。這一成就代表善用鈀催化劑,可以讓以往需耗時十幾個小時並且是在高溫為必要條件的反應,只需在室溫的條件下,一小時內便可完成反應,並且具有高產出的結果(如圖3所示)。

圖 3. 位置選擇性(regioselective)反應的可應用性

為了解反應的機制,研究團隊同時也利用氘代水(deuterated D2O)和PhB(OD)2針對質子來源進行研究。結果證明的確是經由氘代水(deuterated D2O)及PhB(OD)2提供了質子的來源,最後提出可能的反應機制如圖4所示。

圖 4. 反應機制

該研究成果睽違兩年後再次登上期刊封面,兩位研究員博士班學生Jivan Shinde和博士後研究員Veerababurao Kavala表示,研究過程有如七星潭海灘的鵝卵石床,每一粒圓滑的鵝卵石都乘載著無盡歲月的淬鍊;改良反應的結果有如石頭被一點一滴消磨稜角,最後溫和地靜靜躺在太平洋的邊際,等待下一位旅人的到來。

在期刊封面的選擇上,研究團隊特別選用了花蓮七星潭旅遊時所拍攝的照片,以致敬這項改良(如圖5)。研究團隊表示,這次研究結果提供學者未來在有機合成領域中一項新的選擇,且能進一步地被運用在醫藥化學領域,在對抗癌症、病毒、細菌等實驗藥物的合成上皆具備潛能。這項研究的成功也再次證明了學界對於催化化學的不斷探索和創新,將為人類社會帶來更多的福祉和進步。

圖 5. 師大化學系姚清發團隊研究成果獲選為 2023 年 9 月號 Organic Letters 期刊封面,團隊以七星潭鵝卵石致敬研究成果


 

參考文獻

[1] Jivan Shinde, Veerababurao Kavala, and Ching-Fa Yao. Pd-Catalyzed Regioselective (Markovnikov) Addition of Aryl Boronic Acids to Terminal Alkynes of 1,3-Dicarbonyl Compounds and Cyclization/Debenzoylation of Olefinic Dicarbonyl: Access to Arylated Pyran and (E)-4-Methylene-1,6-diphenylhex-5-en-1-one. Org. Lett. 2023, 25, 38, 6943–6948. DOI: 10.1021/acs.orglett.3c02192

你可能也想知道