我所實現木質素基喹啉衍生物的定向制備

                近日,我所催化與新材料研究中心(1500組)張濤院士、李昌志研究員團隊與北京化工大學雷鳴教授合作,發展了直接催化解聚木質素β-O-4模型化合物定向制備喹啉衍生物的新策略。

                雜原子參與的木質素解聚對于拓寬生物煉制領域,滿足高值化生物質轉化需求等具有重要意義。喹啉類含氮雜環化合物被廣泛用作生物活性藥物、染料和功能材料的合成。以木質素或β-O-4片段為原料,直接轉化合成喹啉衍生物,因涉及C-O/C-C鍵斷裂、C-N鍵精準構筑,以及多步反應高度耦合等挑戰,尚未有文獻報道。

                本工作中,研究團隊以木質素主要結構片段β-O-4模型化合物為原料,在NaOH介導下,通過與鄰氨基苯甲醇發生多步串聯反應高效合成了喹啉類化合物。該反應體現了靈活的底物普適性,含不同官能團的β-O-4模型分子,以及鄰氨基苯甲醇底物都可高效轉化為目標產物。在此基礎上,團隊利用β-O-4聚合物模擬木質素結構,通過三步反應獲得56%收率的喹啉類化合物;通過控制實驗與DFT計算相結合確定了多步串聯反應的優勢路徑。利用該策略,團隊還實現了從β-O-4模型化合物出發,合成了藥物分子生物堿蕓香寧堿(graveolinine)類似物。該化合物通常從蕓香科植物中提取分離得到,具有廣泛的生理活性,能夠抑制體外腫瘤細胞的增值、解除平滑肌痊攣、抗炎癥作用及抗組織胺作用等。

                與已經報道的有機合成路線制備喹啉衍生物相比,該策略原料廉價可再生、步驟簡單、整體效率和原子經濟性高,為木質素基含氮藥物中間體的合成提供了新思路。

                該團隊前期發展了系列催化解聚策略,實現了木質素定向轉化為酚類、芳香酮、芳烴、航煤段多環烷烴、芐胺、嘧啶衍生物等能源化學品(Nat. Commun.,2022;Appl. Catal. B: Environ.,2022;ACS Catal.,2022;ACS Catal.,2022;Angew. Chem. In. Ed.,2021;ACS Energy Lett.,2020;ACS Catal.,2019;Green. Chem.,2019;Angew. Chem. Int. Ed.,2018;Chem. Sci.,2018)。

                上述研究成果以“Transition-Metal-Free Synthesis of Functionalized Quinolines by Direct Conversion of β-O-4 Linkages”為題,于近日發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。該工作的共同第一作者是我所1502組碩士研究生丁楊銘、1504組郭騰龍博士、北京化工大學碩士研究生李哲偉。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院B類先導專項“能源化學轉化的本質與調控”、大連市重點領域創新團隊支持計劃等項目的資助。(文/圖 丁楊銘、張波)

                文章鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202206284

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