Le réacteur électrochimique dicte la sélectivité du site en N

Mar 31, 2023

Nature volume 615, pages 67–72 (2023)Citer cet article

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Les pyridines et les N-hétéroarènes apparentés se trouvent couramment dans les produits pharmaceutiques, agrochimiques et autres composés biologiquement actifs1,2. La fonctionnalisation C–H sélective au site fournirait un moyen direct de fabriquer ces produits médicalement actifs3,4,5. Par exemple, les dérivés de l'acide nicotinique pourraient être fabriqués par carboxylation C – H, mais cela reste une transformation insaisissable6,7,8. Nous décrivons ici le développement d'une stratégie électrochimique pour la carboxylation directe des pyridines à l'aide de CO2. Le choix de la configuration d'électrolyse donne lieu à une sélectivité de site divergente : une cellule électrochimique divisée conduit à la carboxylation en C5, alors qu'une cellule non divisée favorise la carboxylation en C4. Il est proposé que la réaction de cellule indivise fonctionne par le biais d'un mécanisme d'électrolyse appariée9,10, dans lequel les événements cathodiques et anodiques jouent un rôle essentiel dans la modification de la sélectivité du site. Plus précisément, l'iode généré anodiquement réagit préférentiellement avec un anion radical clé intermédiaire dans la voie de C4-carboxylation par transfert d'atome d'hydrogène, détournant ainsi la sélectivité de la réaction au moyen du principe de Curtin-Hammett11. La portée de la transformation a été élargie à une large gamme de N-hétéroarènes, y compris les bipyridines et les terpyridines, les pyrimidines, les pyrazines et les quinoléines.

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Nous remercions X. Wang du Centre d'analyse et d'essais de l'Université du Sichuan, J. Li et D. Deng de la plate-forme de formation complète du Laboratoire spécialisé du Collège de chimie de l'Université du Sichuan et des installations d'analyse de l'Université Cornell (soutenues par National Science Foundation Grant CHE-1531632) pour la caractérisation des composés. Ce travail a été financé par la National Natural Science Foundation of China (22225106 et 21822108 à D.-GY), le Sichuan Science and Technology Program (20CXTD0112 à D.-GY), le projet '973' du MOST of China (2015CB856600 à D.-GY), Fonds de recherche fondamentale de l'Université du Sichuan (2020SCUNL102 à D.-GY), de l'Institut national des sciences médicales générales (R01GM130928 à SL), d'Eli Lilly and Company (à SL) et de l'Université Cornell (à SL). SL est reconnaissant à la Fondation Sloan pour une bourse de recherche Sloan. Les données de résonance de spin électronique ont été recueillies et analysées au National Biomedical Center for Advanced ESR Technology (ACERT) (P41GM103521) avec l'aide de S. Chandrasekaran. Nous remercions M. Frederick pour les discussions utiles, P. Milner et S. Meng pour l'utilisation de la chromatographie en phase gazeuse, C. Wagen et E. Jacobsen pour l'utilisation du titrateur Karl Fischer, I. Keresztes pour l'aide à l'analyse RMN, J. Martinez Alvarado pour la conception graphique de la Fig. 2, J. Ho pour l'édition du manuscrit et W. Guan pour la reproduction des expériences.

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Guo-Quan Sun, Peng Yu, Wen Zhang

Key Laboratory of Green Chemistry and Technology, Ministry of Education, College of Chemistry, Sichuan University, Chengdu, République populaire de Chine

Guo-Quan Sun, Wei Zhang, Li-Li Liao, Zhen Zhang, Li Li & Da-Gang Yu

Département de chimie et de biologie chimique, Cornell University, Ithaca, NY, États-Unis

Peng Yu, Wen Zhang, Yi Wang, Zhipeng Lu et Song Lin

Laboratoire national de Pékin pour les sciences moléculaires, Pékin, République populaire de Chine

Da Gang Yu

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G.-QS, PY et Wen Zhang ont également contribué à ce travail. G.-QS, PY, Wen Zhang, Wei Zhang, L.-LL, ZZ et LL ont réalisé des expériences de synthèse. PY, G.-QS et Wen Zhang ont réalisé des expériences mécanistes. YW et ZL ont effectué des calculs DFT et des expériences électroanalytiques. SL et D.-GY ont supervisé le projet.

Correspondance avec Da-Gang Yu ou Song Lin.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature remercie Ki Tae Nam et les autres évaluateurs anonymes pour leur contribution à l'évaluation par les pairs de ce travail.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

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Réimpressions et autorisations

Sun, GQ., Yu, P., Zhang, W. et al. Le réacteur électrochimique dicte la sélectivité du site dans les carboxylations de N-hétéroarène. Nature 615, 67–72 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05667-0

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Reçu : 18 août 2022

Accepté : 16 décembre 2022

Publié: 05 janvier 2023

Date d'émission : 02 mars 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-022-05667-0

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