近年来，随着人们对药物安全性和环境保护的日益重视，开发绿色高效的药物合成方法成为研究热点。吡啶结构是医药领域常见的一种“分子骨架”，在许多药物分子中都扮演着关键角色。高效合成吡啶的方法对药物研发至关重要。然而，传统金属催化方法常存在金属残留、操作复杂等缺点，亟需开发简易高效的无金属合成新策略。
陈以昀课题组长期致力于开发有机高价碘试剂的光化学新反应，成功实现了一系列传统上难以实现的成键或断键反应，展现出高价碘试剂在合成化学中的独特优势。本研究基于课题组前期在高价碘试剂光化学反应方面的研究积累，巧妙利用高价碘试剂促进6-endo自由基环加成反应，实现了无金属条件下高效合成吡啶的新方法。
环丙基胺是一种常见的有机化合物，可用于合成多种含氮化合物。近年来，通过自由基开环加成将炔烃或烯烃插入环丙基胺，可以成功合成多种环戊胺 (图 1a)。然而，将烯基自由基加成到亚胺的氮端以合成吡啶尚未见报道。针对这一挑战，中国科学院上海有机化学研究所陈以昀课题组与薛小松课题组合作，利用高价碘试剂驱动6-endo自由基加成，实现了无金属条件下吡啶的高效合成 (图 1b)。该方法与多种末端和取代炔烃兼容，可生成57种结构多样的吡啶衍生物 (图 1c)。
自由基捕获实验证明了亚胺远端烷基自由基的生成 (图 2a)。氘代标记实验表明实验过程中生成的烷基自由基和烯基自由基未经过异构化，而是直接发生自由基加成、环化和芳构化 (图 2b)。密度泛函理论 (DFT) 计算表明高价碘对烯基自由基的6-endo环化起到了至关重要的作用（图 2c）。高价碘的活化有效增加了亚胺碳上的亲电性，使得亲电的烯基自由基能够更好的加成在亚胺的氮原子上。
该方法具有多项优势，包括反应条件温和、操作简单、官能团兼容性好。此外，该反应易于放大，适用于复杂分子的后期功能化修饰。这项工作不仅为无金属吡啶合成提供了一种新方法，而且为开发具有多种医药化学和材料科学应用的功能化吡啶开辟了新途径。
图1 高价碘促进 6-endo 自由基加成反应实现无金属条件吡啶合成
图2 高价碘促进 6-endo 自由基加成计算研究和可能机理的提出
论文信息
Radical 6-Endo Addition Enables Pyridine Synthesis under Metal-Free Conditions
Xiaojuan Dong, Yingbo Shao, Zhengyi Liu, Xia Huang, Xiao-Song Xue, Yiyun Chen
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202410297
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