大連化物所實現木質素基嘧啶衍生物的定向制備

　　近日，大連化物所催化與新材料研究中心（1500組）張濤院士、李昌志研究員等人發展了一種無過渡金屬催化解聚酚型β-O-4木質素模型化合物定向制備嘧啶衍生物的新策略，為木質素高值化轉化制備含氮雜環醫藥中間體開辟了新路徑。

　　通過氮原子參與解聚木質素來獲得高附加值含氮芳香化學品，是木質素高值化轉化的新方向。現階段，大多數N參與木質素轉化策略僅僅局限于解聚單體的反應。對于木質素β-O-4的主要結構片段，往往需要先氧化預處理，再進行胺化反應，以此生成相應環己胺和芳香胺類化學品。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反應，實現該化學品直接轉化為含氮芳香雜環化合物具有挑戰。

　　本工作在有機胺的參與下，發展了一鍋法解聚β-O-4木質素模型化合物定向制備嘧啶衍生物的新策略，并成功合成了抗腫瘤藥物海洋生物堿Meridianin的類似物。與已經報道的有機合成路線相比，該策略原料廉價可再生、步驟簡單，整體效率和原子經濟性大幅提高。

　　研究人員以β-O-4模型化合物、苯甲脒和芐醇為底物，利用NaOH促進了一鍋多組分串聯耦合反應，以此實現木質素基嘧啶衍生物的定向制備，建立了從不同β-O-4片段直接轉化為生物基嘧啶衍生物的普適方法；與北京化工大學雷鳴教授課題組合作，通過控制實驗與理論計算相結合，闡明了木質素C-O鍵斷裂與C-N鍵生成的最優反應路徑，證明苯乙酮類化合物為脫氫步驟的主要氫受體。該體系特色鮮明，是首例將木質素主要結構片段定向轉化為嘧啶衍生物反應體系；無需外加氫源或氧源，一鍋串聯耦合反應操作簡便，原子經濟性高；基于該反應體系，研究人員成功合成了天然生物堿Meridianin衍生物，證明了其在藥物合成中的應用潛力。

　　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、芳烴、芳香酮、芐胺、航煤段多環烷烴等能源化學品（J. Energy Chem.，2022；Appl. Catal. B: Environ.，2022；ACS Catal.，2022；ACS Catal.，2022；Angew. Chem. In. Ed.，2021；ChemSusChem.，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 Pyrimidines from Lignin β-O-4 Segments via a One-pot Multi-component Reaction”為題，于近日發表在《自然-通訊》上。該工作的共同第一作者是我所1502組張波副研究員、郭騰龍博士和北京化工大學李哲偉。上述工作得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、中科院B類先導專項“能源化學轉化的本質與調控”、皇家化學會國際合作項目等項目的資助。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30815-5