大连化物所李昌志/北化雷鸣等人Nat Commun：木质素基嘧啶衍生物定向制备

近日，中国科学院大连化学物理研究所张涛院士（点击查看介绍）团队李昌志研究员（点击查看介绍）等人与北京化工大学雷鸣教授课题组合作，发展了一种无过渡金属催化解聚酚型β-O-4木质素模型化合物定向制备嘧啶衍生物的新策略，为木质素高值化转化制备含氮杂环医药中间体开辟了新路径。

通过氮原子参与解聚木质素来获得高附加值含氮芳香化学品，是木质素高值化转化的新方向。现阶段，大多数N参与木质素转化策略仅仅局限于解聚单体的反应。对于木质素β-O-4的主要结构片段，往往需要先氧化预处理，再进行胺化反应，以此生成相应环己胺和芳香胺类化学品。因涉及C-O/C-C键断裂、C-N键精准构筑以及多步反应高度耦合等反应，实现该化学品直接转化为含氮芳香杂环化合物具有挑战。

本工作在有机胺的参与下，发展了一锅法解聚β-O-4木质素模型化合物定向制备嘧啶衍生物的新策略，并成功合成了抗肿瘤药物海洋生物碱Meridianin的类似物。与已经报道的有机合成路线相比，该策略原料廉价可再生、步骤简单，整体效率和原子经济性大幅提高。

研究人员以β-O-4模型化合物、苯甲脒和苄醇为底物，利用NaOH促进了一锅多组分串联耦合反应，以此实现木质素基嘧啶衍生物的定向制备，建立了从不同β-O-4片段直接转化为生物基嘧啶衍生物的普适方法；通过控制实验与理论计算相结合，团队阐明了木质素C-O键断裂与C-N键生成的最优反应路径，证明苯乙酮类化合物为脱氢步骤的主要氢受体。该体系特色鲜明，是首例将木质素主要结构片段定向转化为嘧啶衍生物反应体系；无需外加氢源或氧源，一锅串联耦合反应操作简便，原子经济性高；基于该反应体系，研究人员成功合成了天然生物碱Meridianin衍生物，证明了其在药物合成中的应用潜力。

该团队前期发展了系列催化解聚策略，实现了木质素定向转化为酚类、芳烃、芳香酮、苄胺、航煤段多环烷烃等能源化学品（J. Energy Chem., 2022, 67, 492-499; Appl. Catal. B: Environ., 2022, 305, 121067; ACS Catal., 2022, 12, 8–17; ACS Catal., 2022, 12, 1338–1356; Angew. Chem. In. Ed., 2021, 60, 20666-20671; ChemSusChem., 2020, 13, 4409-4419; ACS Catal., 2019, 9, 4441–4447, 2019; Green Chem., 2019, 21, 5556-5564; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 1808-1812; Chem. Sci., 2018, 9, 702-711）。

上述研究成果近日发表在《自然•通讯》（Nature Communications）上。该工作的共同第一作者是该所1502组张波副研究员、郭腾龙博士和北京化工大学硕士生李哲伟。上述工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中科院B类先导专项“能源化学转化的本质与调控”、皇家化学会国际合作项目等项目的资助。（文/图 张波）

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Transition-metal-free synthesis of pyrimidines from lignin β-O-4 segments via a one-pot multi-component reaction

Bo Zhang, Tenglong Guo, Zhewei Li, Fritz E. Kühn, Ming Lei, Zongbao K. Zhao, Jianliang Xiao, Jian Zhang, Dezhu Xu, Tao Zhang & Changzhi Li 

Nat. Commun., 2022, 13, 3365, DOI: 10.1038/s41467-022-30815-5

导师介绍

张涛

https://www.x-mol.com/university/faculty/178514

李昌志

https://www.x-mol.com/university/faculty/60209 

大连化物所官网报道：

http://www.dicp.ac.cn/xwdt/kyjz/202206/t20220614_6460915.html