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JACS 盘点! 最新亮点论文

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1. 富含电子但还需要更多:具有π共轭的n型半导体


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设计n型半导体的有机π共轭分子一直是有机电子应用的一个长期挑战。这些π-共轭体系本质上富含电子,因此要使它们对更多的电子具有高亲和力,就需要添加吸电子基团。


由于这限制了设计这些分子的合成空间,因此人们一直在探索新的吸电子功能。有机硼π共轭化合物作为n型半导体已经显示出理论上的希望,但是几十年的预测都没有达到实验结果,因为电子亲和力和迁移率仍然太低。


现在,Liu和他的同事已经合成了具有四种硼氮配位功能的分子,这些分子的电子性质得到了极大的改善。这些化合物显著提高了电子亲和力,表现为它们的低LUMO能级,-4.58 eV是有机n型半导体的最低报道值之一。它们的电子迁移率为1.60 cm2V-1s-1,比大多数有机硼化合物高3个数量级,首次大于1 cm2V-1s-1。有机硼环化反应是通过一锅法进行的,该化合物在环境条件下结晶度高且稳定。这一进展显示了实验的可行性,并为进一步探索这些有前途的有机硼π共轭分子打开了大门。


Quadruply B←N-Fused Dibenzo-azaacene with High Electron Affinity and High Electron Mobility. (J. Am. Chem. Soc. 2019. DOI: 10.1021/jacs.9b09640)
链接:https://doi.org/10.1021/jacs.9b09640


2. 断键与成键:催化脱氨烯烃烷基化


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具有三维特征的复杂分子因其作为具有治疗应用潜力的生物活性化合物而备受人们的追捧。尽管对这些结构的框架有需求,但形成C(sp3)-C(sp3)键并将运动引入刚性分子是有限的。Ruben Martin和他的同事们开发了一种镍催化的烷基吡啶盐催化α-烯烃和内烯烃的脱氨基烷基化反应,为合成界提供了一种将三维特征引入刚性烯烃的新方法。


Ruben Martin和他的同事们假设,烷基胺是一种常见的药物成分,可以通过发生C(sp3)-N裂解来用作烷基化试剂。事实上,马丁和他的同事们利用一种N-烷基吡啶盐作为烷基胺源,成功地开发了一种Ni催化α-烯烃烷基化的方法。研究人员证明,该方案具有高度的化学选择性和位点选择性,在温和的条件下进行,并能耐受多种官能团。此外,Martin和他的同事通过将这种烷基化方法应用于多种底物,包括乙烯气体和一些复杂的生物活性分子,展示了这种方法的实用性。


Site-Selective Catalytic Deaminative Alkylation of Unactivated Olefins. (J. Am. Chem. Soc. 2019. DOI: 10.1021/jacs.9b07489)
链接:https://doi.org/10.1021/jacs.9b07489

3. 绿藻加绿光产生氢气


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氢气(H2)在自然界是相当罕见的,因为氢倾向于形成离子(质子)和与其他元素形成化合物。然而,某些微生物,包括绿衣藻,使用[FeFe]-氢化酶作为一种有效的催化剂,使质子转化为H2,反之亦然。Sven Stripp和他的同事们已经构建了迄今为止最详细的描述,描述了[FeFe]-氢化酶在这个可逆过程中引导质子的途径。


二十年来,研究人员一直试图模仿这一过程来产生氢气,但他们对氢气的工作原理了解甚少。Stripp的小组将含有[FeFe]-氢化酶的试剂混合物置于绿光下,以触发H2的形成。他们发现需要505 nm的绿光和一个连续的气体交换系统来得到期望的反应。他们使用红外光谱跟踪反应的进展,以跟踪酶的氢键网络的变化。研究人员注意到,观察到的不连续质子转移在其他类型的自然系统中很常见,但在氢化酶反应中以前没有考虑过。他们的观察表明,[FeFe]-氢化酶有一个灵活的氢键网络,有利于氢转化过程。


How [FeFe]-Hydrogenase Facilitates Bidirectional Proton Transfer. (J. Am. Chem. Soc. 2019. DOI: 10.1021/jacs.9b09225)
链接:https://doi.org/10.1021/jacs.9b09225


4. 一种关键有机反应中间体的可持续催化合成


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用普通和廉价的金属替代贵金属催化剂是化学研究的一个重要方向,因为该领域正朝着可持续的化学过程迈进。Long-Wu Ye领导的一个化学小组现在已经完成了铜催化生成金属卡宾的过程,这是一种重要的有机化学中间体,以前的过程依赖于贵金属催化剂,如Au、Ag、Pt和Rh。


金属卡宾是一类金属有机化合物,其反应活性受配体和金属存在的影响。本工作以炔酰胺为原料合成了碳烯,炔酰胺是氮取代的炔烃,并得到了融合的吡咯。这种不对称反应具有良好的对映选择性(高达97:3),为手性环分子的构建提供了一种有效的途径。研究发现,反应机理涉及到施主/施主铜卡宾的生成过程,这一过程不同于相关的金催化。该反应代表了第一个非贵金属催化的不对称二炔环化反应,为其他重要药物的对映选择性合成提供了选择。


Generation of Donor/Donor Copper Carbenes through Copper-Catalyzed Diyne Cyclization: Enantioselective and Divergent Synthesis of Chiral Polycyclic Pyrroles. (J. Am. Chem. Soc. 2019. DOI: 10.1021/jacs.9b09303)
链接:https://doi.org/10.1021/jacs.9b09303

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