近日，我所催化与新材料研究中心（1500组）张涛院士、李昌志研究员等人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；与北京化工大学雷鸣教授课题组合作，通过控制实验与理论计算相结合，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；Appl. Catal. B: Environ.，2022；ACS Catal.，2022；ACS Catal.，2022；Angew. Chem. In. Ed.，2021；ChemSusChem.，2020；ACS Catal.，2019；Green. Chem.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Chem. Sci.，2018）。
上述研究成果以“Transition-metal-free Synthesis of Pyrimidines from Lignin β-O-4 Segments via a One-pot Multi-component Reaction”为题，于近日发表在《自然-通讯》上。该工作的共同第一作者是我所1502组张波副研究员、郭腾龙博士和北京化工大学李哲伟。上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、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）
