Dual Metalation in a Two-Dimensional Covalent Organic Framework for Photocatalytic C–N Cross-Coupling Reactions

化学 金属化 芳基 共价有机骨架 催化作用 共价键 偶联反应 铱 组合化学 药效团 双金属片 光化学 金属有机骨架 电泳剂 烷基化 对偶(语法数字) 位阻效应 氟苯那酸 邻氨基苯甲酸 光催化 多相催化 有机化学 阳离子聚合 纳米技术 双重功能 双重角色 选择性 计算化学 第2组金属有机化学 有机合成
作者
Ayan Jati,Kaushik Dey,Maryam Nurhuda,Matthew A. Addicoat,Rahul Banerjee,Biplab Maji
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (17): 7822-7833 被引量:265
标识
DOI:10.1021/jacs.2c01814
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) are promising hosts in heterogeneous catalysis. Herein, we report a dual metalation strategy in a single two-dimensional-COF TpBpy for performing a variety of C–N cross-coupling reactions. [Ir(ppy) 2 (CH 3 CN) 2 ]PF 6 [ppy = 2-phenylpyridine], containing two labile CH 3 CN groups, and NiCl 2 are used as iridium and nickel-metal precursors, respectively, for postsynthetic decoration of the TpBpy COF. Moving from the traditional approach, we focus on the COF-backbone host for visible-light-mediated nickel-catalyzed C–N coupling reactions. The controlled metalation and recyclability without deactivation of both catalytic centers are unique with respect to previously reported coupling strategies. We performed various photoluminescence, electrochemical, kinetic, and Hammett correlation studies to understand the salient features of the catalyst and reaction mechanism. Furthermore, theoretical calculations delineated the feasibility of electron transfer from the Ir center to the Ni center inside the confined pore of the TpBpy COF. The dual metal anchoring within the COF backbone prevented nickel-black formation. The developed protocol enables selective and reproducible coupling of a diverse range of amines (aryl, heteroaryl, and alkyl), carbamides, and sulfonamides with electron-rich, neutral, and poor (hetero) aryl iodides up to 94% isolated yield. The reaction can also be performed on a gram scale. Furthermore, to establish the practical implementation of this approach, we have applied the synthetic strategy for the late-stage diversification of the derivatives of ibuprofen, naproxen, gemfibrozil, helional, and amino acids. The methodology could also be applied to synthesize pharmacophore N,5-diphenyloxazol-2-amine and Food and Drug Administration-approved drugs, including flufenamic acid, flibanserin, and tripelennamine.
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