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侯军刚Chem Catal：基于氮化碳的光/镍双催化芳基卤化物的磺酰胺化反应

邃瞳科学云

2022-11-13

导读：本文利用具有缺陷的多孔氮化碳纳米片协同过渡金属镍实现了异质光催化剂/镍双催化的芳基卤化物磺酰胺化反应。

物质科学

Physical science

近日，大连理工大学的侯军刚教授课题组利用具有缺陷的多孔氮化碳纳米片协同过渡金属镍实现了异质光催化剂/镍双催化的芳基卤化物磺酰胺化反应。2022年11月1日，相关成果以“Integrated nickel/polymer dual catalytic system for visible-light-driven sulfonamidation between aryl halides and aryl sulfonamides”为题，发表在Cell Press细胞出版社期刊Chem Catalysis上，博士研究生李助威为第一作者。

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C-N键的构建对于药物合成来说是非常重要的一环。磺胺甲恶唑、达拉菲尼等磺酰胺类药物是非常重要的抗菌类药物。传统磺酰胺化反应利用胺类亲核试剂与磺酰氯反应来实现。但是这类反应往往涉及有毒性的试剂。尽管已有文献报道利用均相光催化剂/Ni双催化的C-N交叉偶联反应实现了芳基卤化物的磺酰胺化反应。但遗憾的是，大多数报道都是基于Ru和Ir的贵金属均相光催化剂。因此，寻找可以代替贵金属的廉价、高效、稳定的非均相催化剂是十分必要的。

图1. 均相光催化剂（A）和非均相光催化剂（B, 此工作）协同镍双催化芳基卤化物的磺酰胺化反应。

近日，大连理工大学的侯军刚教授课题组利用具有缺陷的多孔氮化碳纳米片协同过渡金属镍实现了异质光催化剂/镍双催化的芳基卤化物磺酰胺化反应。该催化体系对不同的芳基卤化物和不同的芳基磺酰胺具有较好的兼容性，30种底物均以优异的产率获得了相应的偶联产物。

图2. 合成的多孔氮化碳纳米片。

作者通过小分子嵌入、煅烧使小分子挥发的方法合成了多孔的氮化碳纳米片。

图3. 模型反应的优化。

[a] Standard conditions: Ar atmosphere, benzenesulfonamide (1.8 mmol, 1.5 equiv), photocatalyst (N_V-P-C₃N₄ (2 mg mL^-1)), 1-iodo-4-methylbenzene (1.2 mmol, 1.0 equiv), DBU (1.8 mmol, 1.5 equiv) in DMF (12.0 mL). [b] Yields determined by ¹H NMR using 1,3-benzodioxole as an internal standard. [c] Isolated yield. [d] 50℃.

作者进行了一系列的对照实验，对各组分的必要性进行了验证。在标准条件下模型反应的偶联核磁产率可以达到97%。

图4. 反应底物的扩展。

Reaction conditions: aryl iodides or aryl bromides (1.2 mmol, 1.0 equiv), aryl sulfonamides (1.8 mmol, 1.5 equiv), photocatalyst (N_V-P-C₃N₄ (24 mg, 2 mg mL^-1)), 25 ℃, NiCl₂·6H₂O (5 wt%), DBU (1.68 mmol, 1.4 equiv) in 12 mL DMF under Ar atmosphere. [a] the isolated yield of aryl iodides, [b] the isolated yield of aryl bromides.

作者以苯磺酰胺为胺类模型对富电子、中性和吸电子的芳基卤化物进行了底物的扩展（1-23），同时以4-碘（溴）-苯甲酸甲酯为芳基卤化物模型底物对不同的磺酰胺进行了底物扩展（24-30），30种底物均有着优异的性能。