El reactor electroquímico dicta la selectividad del sitio en N

Mar 31, 2023

Nature volumen 615, páginas 67–72 (2023)Citar este artículo

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Las piridinas y los N-heteroarenos relacionados se encuentran comúnmente en productos farmacéuticos, agroquímicos y otros compuestos biológicamente activos1,2. La funcionalización C-H selectiva del sitio proporcionaría una forma directa de fabricar estos productos medicinalmente activos3,4,5. Por ejemplo, los derivados del ácido nicotínico podrían obtenerse mediante carboxilación C–H, pero esta sigue siendo una transformación difícil de alcanzar6,7,8. Aquí describimos el desarrollo de una estrategia electroquímica para la carboxilación directa de piridinas utilizando CO2. La elección de la configuración de electrólisis da lugar a una selectividad de sitio divergente: una celda electroquímica dividida conduce a la carboxilación de C5, mientras que una celda no dividida promueve la carboxilación de C4. Se propone que la reacción de celda indivisa opere a través de un mecanismo de electrólisis pareada9,10, en el que tanto los eventos catódicos como los anódicos juegan un papel fundamental en la alteración de la selectividad del sitio. Específicamente, el yodo generado anódicamente reacciona preferentemente con un anión radical intermedio clave en la ruta de carboxilación de C4 a través de la transferencia de átomos de hidrógeno, desviando así la selectividad de la reacción por medio del principio de Curtin-Hammett11. El alcance de la transformación se amplió a una amplia gama de N-heteroarenos, incluidas bipiridinas y terpiridinas, pirimidinas, pirazinas y quinolinas.

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Agradecemos a X. Wang del Centro de pruebas y análisis de la Universidad de Sichuan, J. Li y D. Deng de la plataforma de capacitación integral del Laboratorio especializado en la Facultad de química de la Universidad de Sichuan y las instalaciones analíticas de la Universidad de Cornell (con el apoyo de National Subvención de la Science Foundation CHE-1531632) para la caracterización de compuestos. Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (22225106 y 21822108 para D.-GY), el Programa de Ciencia y Tecnología de Sichuan (20CXTD0112 para D.-GY), el Proyecto '973' del MOST de China (2015CB856600 para D.-GY), Fondos de Investigación Fundamental de la Universidad de Sichuan (2020SCUNL102 a D.-GY), Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales (R01GM130928 a SL), Eli Lilly and Company (a SL) y la Universidad de Cornell (a SL). SL agradece a la Fundación Sloan por una beca de investigación Sloan. Los datos de resonancia de espín de electrones se recopilaron y analizaron en el Centro Biomédico Nacional de Tecnología ESR Avanzada (ACERT) (P41GM103521) con la ayuda de S. Chandrasekaran. Agradecemos a M. Frederick por sus útiles debates, a P. Milner y S. Meng por el uso de la cromatografía de gases, a C. Wagen y E. Jacobsen por el uso del titulador Karl Fischer, a I. Keresztes por su ayuda con el análisis de RMN, a J. Martinez Alvarado por el diseño gráfico de la Fig. 2, J. Ho por la edición del manuscrito y W. Guan por reproducir los experimentos.

Estos autores contribuyeron por igual: Guo-Quan Sun, Peng Yu, Wen Zhang

Laboratorio Clave de Química Verde y Tecnología, Ministerio de Educación, Facultad de Química, Universidad de Sichuan, Chengdu, República Popular de China

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

Departamento de Química y Biología Química, Universidad de Cornell, Ithaca, NY, EE. UU.

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

Laboratorio Nacional de Ciencias Moleculares de Beijing, Beijing, República Popular de China

Da Gang Yu

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G.-QS, PY y Wen Zhang contribuyeron igualmente a este trabajo. G.-QS, PY, Wen Zhang, Wei Zhang, L.-LL, ZZ y LL realizaron experimentos sintéticos. PY, G.-QS y Wen Zhang realizaron experimentos mecánicos. YW y ZL realizaron cálculos DFT y experimentos electroanalíticos. SL y D.-GY supervisaron el proyecto.

Correspondencia con Da-Gang Yu o Song Lin.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature agradece a Ki Tae Nam y a los otros revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

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Reimpresiones y permisos

Sun, GQ., Yu, P., Zhang, W. et al. El reactor electroquímico dicta la selectividad del sitio en las carboxilaciones de N-heteroareno. Naturaleza 615, 67–72 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05667-0

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Recibido: 18 Agosto 2022

Aceptado: 16 de diciembre de 2022

Publicado: 05 enero 2023

Fecha de emisión: 02 de marzo de 2023

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

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