C-C 键形成是有机合成的核心目标,传统方法(过渡金属催化交叉偶联、C-H 官能化等)依赖片段组装,且难以构建环状框架;现有 SAD 策略(single-atom deletion虽为 C-C 键形成提供了新范式,但仅能形成苄基或芳基 C-C 键,适用范围受限。
近期,Haojie Ji等人创新地利用可见光激发和商业可得试剂 O-二苯基膦酰羟胺(DPPH),实现了未活化仲胺的高效氮原子删除反应,该反应能够从易得的 C-N 键直接高效构建通用的 C (sp³)-C (sp³) 连接,并且无需过渡金属催化。该方案适用于多种 N-杂环,可将其转化为相应的氮删除碳环和杂环,从而为药物研发中相关但此前难以获得的分子骨架提供了简洁的合成路径。机理研究表明,可见光可直接激发异二氮烯,使其反应性从氮原子插入转向氮原子删除。

反应条件优化

直链胺反应(标准条件 I):(0.2 mmol)、DPPH(3.0 当量)、K₃PO₄(3.0 当量)、2-MeTHF(2.0 mL),室温、氩气氛围下白光 LED(50 W)照射 12 h,模型底物 1a 转化为产物 1b,收率 54%。该反应对空气和热敏感(空气氛围收率 36%,50℃收率 41%),且严格依赖光照,无光时收率 < 1%,DPPH 是唯一高效的羟胺试剂。

环胺反应(标准条件 II):在标准条件 I 基础上,加入 H₂O(1.0 mL)、改用 K₂CO₃(3.0 当量),50℃反应,适配环状底物的氮原子删除。

底物适用性

线性胺:成功构建 1°-1°(2b)、1°-2°(3b-6b)、1°-3°(7b、8b)、2°-2°(9b-12b)、2°-3°(13b、14b)等多种 C (sp³)-C (sp³) 键,涵盖线性 – 线性、环 – 线性、环 – 环等框架,仅位阻较大的 3°-3° 偶联未成功

合成策略:结合传统 C-N 键形成反应(N – 烷基化、还原胺化等),实现了烷基溴(15a₁)、酮(16a₁)、丙烯酰胺(17a₁)等多种烷基亲电试剂与伯胺的交叉偶联,得到 15b-20b 系列产物。

生物活性胺衍生物:雌酮、多巴胺衍生胺转化为烷基化产物 21b、22b;氨氯地平、阿格列汀经氮原子删除得到脱氨基烷基化产物 23b、24b(24b 收率 49%);含 14 个不同氮原子的利拉利汀衍生物 25a 可实现选择性氮删除,展现出优异的化学选择性。反应对氰基、磺酰基、酰胺、酯、卤化物、未保护酚、杂芳烃及氧化敏感的二氢吡啶母核等官能团均有良好耐受性。

环状胺:适配 4-元环(35b)、5-6 元环(26b-34b、36b-38b)等不同环尺寸,涵盖碳环、环胺、环砜、环酮、内酯、内酰胺、环醚等多种骨架;多奈哌齐(35a)、地氯雷他定(36a)、色胺(37a)、拉帕替尼(38a)等生物活性化合物衍生物均能高效反应。

螺环与桥环化合物N-螺杂环(39a-43a)转化为合成价值高的螺环核心 39b-43b(如 39b 收率 51%),这些螺环片段广泛存在于生物活性分子中;2 – 氮杂双环 [2.1.1] 己烷(44a)等桥环化合物可转化为双环 [1.1.1] 戊烷(44b)等宝贵的 3D 骨架,收率良好。

【JACS】DPPH又立功!仲胺直接删氮,形成C-C键!

生物活性分子的编辑

药物分子修饰:线性药物芬普雷司(47a)、芬氟拉明(48a),环状生物活性化合物利他林酸(49a)、阿达格拉西布中间体(50a)、肾素抑制剂 – 1(51a)均能高效完成氮原子删除,得到相应类似物 47b-51b,其中 50b 可实现克级规模合成且无收率损失。

非天然肽修饰:含(S)-哌嗪-2 羧酸片段的非天然肽 52a、53a,经氮原子删除后转化为含脯氨酸残基的三肽 52b 和四肽 53b。

药物合成:开发了阿尔茨海默病治疗药物多奈哌齐的简洁合成路线,通过缺电子烯烃 54a₁与伯胺 54a₂的氮杂迈克尔加成(乙醇,60℃,12 h),再经 DPPH 介导的氮原子删除(两步一锅法),得到氮删除产物(收率 47%),后续经 Boc 脱保护和苄基化反应获得目标药物。

反应机理

关键中间体:胺与 DPPH 在碱性条件下形成 1,1 – 二烷基三氮鎓盐(如 1c,CDCl₃/H₂O 体系中 NMR 收率 99%),该中间体进一步重排为单线态异二氮烯(A)。

光照作用:无光时,异二氮烯(A) 二聚为四氮化合物或重排为腙(如 1d、1e、39e,39e 收率 66%);可见光照射下,A 被激发为激发态单线态异二氮烯(A*),避免了上述副反应。

波长依赖实验:表明 525 nm 照射时反应活性最高。

自由基捕获实验:(2,2,6,6 – 四甲基 – 1 – 哌啶氧基为捕获剂)证实了烷基自由基和烷基二氮烯自由基的存在。

反应路径:一、 DPPH 在碱性条件下形成 1,1 – 二烷基三氮鎓盐,该中间体进一步重排为单线态异二氮烯(A)。二、无光,异二氮烯(A) 二聚为四氮化合物或重排为腙(如 1d、1e、39e,39e 收率 66%);可见光照射下,A 被激发为激发态单线态异二氮烯(A*)。三、A * 裂解生成烷基二氮烯自由基(B)烷基自由基(C),B 进一步释放 N₂生成烷基自由基(D),最终 C 与 D 偶联形成 N-删除产物。

作者开发了一种实用且应用广泛的氮原子删除(SADN)策略,该策略通过可见光激发和商业可得试剂 DPPH 实现。该方法提供了一个通用、两步、无过渡金属参与的交叉偶联平台。为构建具有挑战性的 C (sp³)-C (sp³) 键提供了简洁路径。该策略能够实现多种 N – 杂环的环收缩,生成一系列氮原子删除框架 —— 包括碳环、杂环、螺环和桥环双环化合物 —— 涵盖不同的环尺寸和连接方式。其操作简便、官能团耐受性高且底物范围广泛的特点,使其非常适合生物活性分子的后期修饰和合成。

参考资料:Visible-Light-Induced Nitrogen-Atom Deletion of Unactivated Secondary Amines Haojie Ji, Junying Zang, Panpan Ma, and Hongjian Lu*;J. Am. Chem. Soc. 2025;https:///10.1021/jacs.5c16938