背景介紹

在有機(jī)合成領(lǐng)域構(gòu)建碳碳和碳雜鍵方式方法多種多樣，重氮化合物是構(gòu)建該類共價(jià)鍵的重要成員。但由于其與生俱來就有不穩(wěn)定及毒性等特點(diǎn)，在傳統(tǒng)的反應(yīng)方式中，制備和使用重氮化合物一直存在著風(fēng)險(xiǎn)，所以對(duì)重氮物很難像一般物質(zhì)一樣做廣泛的深入研究。

光化學(xué)反應(yīng)因其具有反應(yīng)速度快，清潔，操作簡(jiǎn)單和后處理相對(duì)比較簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，越來越多的研究者將更多目光轉(zhuǎn)移到光化學(xué)研究領(lǐng)域。

近年來，微通道連續(xù)流技術(shù)因其反應(yīng)效率高，安全等優(yōu)點(diǎn)被人接受，越來越多的人開始嘗試使用該項(xiàng)新技術(shù)去探索新的研究?jī)?nèi)容，并取得了很多意想不到的成果。

那么如果將光化學(xué)反應(yīng)和微通道連續(xù)流技術(shù)聯(lián)系起來，對(duì)重氮化合物做更深的研究會(huì)有什么樣的結(jié)果呢？

劍橋大學(xué)新案例

劍橋大學(xué)Steven V. Ley教授是歐洲微反應(yīng)技術(shù)學(xué)者。2018年9月，Steven V. Ley教授帶領(lǐng)著他的研究團(tuán)隊(duì)巧妙地將光化學(xué)反應(yīng)和微通道連續(xù)流技術(shù)結(jié)合在一起做了一項(xiàng)新的研究工作，并將他們的研究成果發(fā)表在Chem. Comm.（DOI：10.1039 / C8CC06202A）上。下面就來看看他們的研究成果吧。

圖1：噁唑啉的紫外光解

2017年Steven V. Ley教授在其發(fā)表的論文里（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 16602 – 16605）就曾報(bào)道了噁唑啉在UV的照射下能夠原位生成活性*的重氮化合物。此次在Chem. Comm. （DOI：10.1039 / C8CC06202A）上報(bào)道的研究工作也是基于上述的研究。

圖2. 醛偶聯(lián)反應(yīng)形成不對(duì)稱酮的方法

在此次報(bào)道的文獻(xiàn)里，作者主要目的是研究醛和重氮物直接制備相應(yīng)的酮的方法。通過圖 2 可以看出，制備方法還是很多的。不過這些已有的報(bào)道大多數(shù)都涉及到金屬催化，需要加入不同種類的配體及添加劑，而且反應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)。

 能否在無任何金屬催化劑，配體及添加劑條件下，通過光照噁唑啉，原位生成的重氮物直接和底物反應(yīng)，快速的合成目標(biāo)化合物是本次研究的挑戰(zhàn)。

表 1. 醛C-H加成反應(yīng)優(yōu)化    

如表1所示，作者設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)反應(yīng)裝置，反應(yīng)過程如下：原料按照一定的摩爾比注入持液體積10mL的反應(yīng)器中，并保持UV持續(xù)光照，反應(yīng)結(jié)束后，研究人員可以通過反應(yīng)器后端在線紅外直接檢測(cè)反應(yīng)的進(jìn)程。利用在線監(jiān)測(cè)，大大地縮短了研究時(shí)間，提高研究效率。

通過對(duì)溫度、反應(yīng)時(shí)間、摩爾當(dāng)量比和溶劑的篩選，研究者很快地發(fā)現(xiàn)，以二氯甲烷作為溶劑，反應(yīng)溫度在20℃，停留時(shí)間保持在40分鐘，噁唑啉與醛的摩爾比在2:1的情況下，效果較為理想。根據(jù)這樣的優(yōu)化條件，作者對(duì)反應(yīng)的適用范圍做了進(jìn)一步的研究。

 表2. 不穩(wěn)定的重氮化合物在連續(xù)流反應(yīng)中無金屬和添加劑與醛反應(yīng)成酮

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示：

首先在該反應(yīng)上嘗試使用了不同種類的噁唑啉（1-18）考察其普適性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該反應(yīng)對(duì)不同種類的碳環(huán)具有很好的耐受性。

三元、四元和五元碳環(huán)等都能很好地參與到反應(yīng)中，尤其要說的是天然產(chǎn)物麝香酮也能參與到反應(yīng)中并得到目標(biāo)產(chǎn)品（6）；

含有大位阻基團(tuán)的化合物也沒有影響到反應(yīng)的成功進(jìn)行并得到化合物（7）。而且這些碳環(huán)在該反應(yīng)中沒有檢測(cè)到開環(huán)的現(xiàn)象也很好的說明了該反應(yīng)盡管是光化學(xué)反應(yīng)，但并非是自由基反應(yīng)機(jī)理。

14、15、16、17和18這些化合物利用現(xiàn)有的金屬催化方法是難以合成的，但是利用該方法這些物質(zhì)卻能在溫和的條件下就可以合成出來，不得不說該方法具有一定的優(yōu)勢(shì)。

接著作者研究了醛的適用范圍（19-35）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該反應(yīng)對(duì)于醛具有很好的適用性，脂肪醛（29）也能很好地參與到反應(yīng)中；作者嘗試合成含有硼酸酯官能團(tuán)的化合物（23），該物質(zhì)能被很好地合成出來。而利用現(xiàn)有的金屬催化合成具有相當(dāng)大難度，并且不能保證可以做到。作者至少嘗試了35個(gè)反應(yīng)，得到了30個(gè)化合物。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：

利用光化學(xué)連續(xù)流技術(shù)很好的使用了重氮化合物，擴(kuò)展了重氮物的使用范圍；

新方法避免了重氮化合物的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，減少了過程的不安全性；

相比先前的反應(yīng)，該反應(yīng)具有操作簡(jiǎn)便、條件溫和、反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)；

沒有金屬化合物參與，具有環(huán)境友好，后處理方便等綠色化學(xué)的特點(diǎn)；

利用在線監(jiān)測(cè)，大大地縮短了研究時(shí)間，提高研究效率。