Highly Efficient Alkene Radical Difunctionalization toward Alkyl Azide and Nitrile Achieved by Copper Single-Atom Catalysts

化学 催化作用 腈 烯烃 组合化学 烷基 有机化学 铜 叠氮化物 基质(水族馆) 炔烃 化学选择性 环加成 有机合成 范围(计算机科学) 乙炔 生物正交化学 氢化物 催化效率 嘧啶 光化学 激进的 亚胺
作者
Liang Ge,Jianguo Chen,Zaibin Xue,Mingkai Liu,Xiaoran Lu,Fajian Wu,Yan Yan,Zhirong Zhang,Hongliang Li,Jie Zeng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (18): 18693-18702 被引量:10
标识
DOI:10.1021/jacs.5c21242
摘要

Organic azides and nitriles are privileged motifs in pharmaceuticals, agrochemicals, and functional materials, yet their direct and modular installation via radical difunctionalization remains a major challenge. Many current catalytic systems are generally limited to single transformations and suffer from poor recyclability, limiting practical utility. Herein, we present a heterogeneous single-atom Cu–N 4 catalytic system that can mediate multiple radical difunctionalizations of alkenes under reaction-specific conditions. These include diazidation, aminoazidation, trifluoromethylazidation, trifluoromethylcyanation, and aminocyanation, all with efficient catalyst recycling. The system is based on a bowl-shaped carbon-supported Cu–N 4 single-atom catalyst (Cu–N 4 /BSC), in which atomically dispersed Cu–N 4 sites are precisely coordinated. This catalyst exhibits a broad substrate scope (58 examples), high efficiency (up to 93% yield), and gram-scale applicability, while retaining 93% activity after seven cycles. Product diversification further highlights its synthetic utility. Spectroscopic and mechanistic studies confirm the Cu–N 4 coordination environment and a radical-mediated pathway. Together, this work demonstrates a versatile “single-atom catalysis-modular synthesis-recyclability” approach for sustainable access to nitrogen-containing heterocycles.
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