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Science：飽和C-H鍵和C-C鍵的“一刀兩斷”

來源: X-MOL 2017-09-12 14:29:56

近年來，過渡金屬催化的C-C鍵活化由于在化學(xué)鍵斷裂、重組中發(fā)揮重要的作用，因而引起越來越多的關(guān)注。C-C鍵的活化主要通過具有環(huán)張力的C-C鍵對(duì)低價(jià)金屬氧化加成形成環(huán)金屬物種，進(jìn)而與不飽和分子發(fā)生反應(yīng)。早在1980年，美國埃默里大學(xué)的Liebeskind教授便報(bào)道了C-C鍵活化形成化學(xué)計(jì)量的環(huán)金屬物種與炔烴的環(huán)加成反應(yīng)（J. Am. Chem. Soc., 1980, 102, 7397）。隨后，Liebeskind教授證實(shí)該反應(yīng)可以通過Ni的催化實(shí)現(xiàn)（J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 2771）。1994年，日本京都大學(xué)的Murakami教授則報(bào)道了Rh催化酰基C-C鍵的氫化活化（Nature, 1994, 370, 540）。隨后，韓國延世大學(xué)的Jun教授（J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 880）和Murakami教授（J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 13976）分別實(shí)現(xiàn)了Rh催化酮參與的烯烴分子間和分子內(nèi)碳酰化反應(yīng)。

盡管目前過渡金屬催化的不飽和鍵對(duì)C-C鍵插入的報(bào)道已經(jīng)屢見不鮮，然而形式上的飽和C-H鍵對(duì)C-C σ鍵的插入?yún)s至今沒有實(shí)現(xiàn)。近期，美國德州大學(xué)奧斯汀分校（UT Austin）的Michael J. Krische教授（點(diǎn)擊查看介紹）在Science 上報(bào)道了Ru催化下鄰二醇的兩個(gè)鄰位α C-H鍵對(duì)苯并環(huán)丁烯酮C-C鍵的插入反應(yīng)，并且成功地將其應(yīng)用到II型聚酮類天然產(chǎn)物骨架的構(gòu)建中。反應(yīng)不僅具有良好的產(chǎn)率，而且可以得到理想的非對(duì)映選擇性。

在過去的研究中，作者報(bào)道了α-羥基酯或1,2-二醇在Ru催化劑和二烯的作用下，經(jīng)由脫氫生成雙羰基化合物，從而實(shí)現(xiàn)醇α位的C-H鍵官能化反應(yīng)（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 15700-15703；J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 3796-3799）。作者推測C-C鍵活化形成的環(huán)Ru中間體也能與1,2-二醇作用，表現(xiàn)出類似的反應(yīng)性。于是，作者從苯并環(huán)丁烯酮1a和外消旋的反式-環(huán)己烷-1,2-二醇出發(fā)，在Ru3(CO)12和配體dppp的作用下，于110 ℃條件下反應(yīng)24 h，能以22%的分離收率和順式非對(duì)映異構(gòu)體選擇性得到環(huán)加成的產(chǎn)物3a。當(dāng)使用二甲苯作為溶劑，溫度升至150 ℃時(shí)，反應(yīng)的產(chǎn)率可以提升至88%。

隨后在該優(yōu)化條件下，作者對(duì)苯并環(huán)丁烯酮和外消旋的反式-環(huán)己烷-1,2-二醇的底物范圍進(jìn)行了考察。對(duì)于苯并環(huán)丁烯酮類化合物，芳香環(huán)上不同的取代基，如甲氧基、縮醛、酰胺、鹵素等都可以很好地兼容。而作者考察二醇類化合物發(fā)現(xiàn)，5-7元環(huán)均可以有效地參與反應(yīng)。烷基脂肪鏈上的甲氧基、硅醚均能得到兼容。反應(yīng)的產(chǎn)率高、非對(duì)映選擇性好，不少產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)得到了X射線單晶衍射表征的確認(rèn)。

為了證明該反應(yīng)的實(shí)用性，作者對(duì)產(chǎn)物3g進(jìn)行了衍生化研究。芳香親核取代和Suzuki反應(yīng)的順利進(jìn)行表明產(chǎn)物可進(jìn)行后續(xù)的轉(zhuǎn)化得到其他不同的衍生結(jié)構(gòu)。二醇、α-羥基酮和二酮均可作為原料實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)，證明該反應(yīng)不受氧化還原條件的限制。

基于以往的報(bào)道，作者對(duì)該反應(yīng)提出如下的機(jī)理：苯并環(huán)丁烯酮1a對(duì)Ru(0)氧化加成生成中間體I。隨后與體系中氧化得到的環(huán)己二酮作用，經(jīng)過兩次羰基插入得到中間體III。III與環(huán)己醇的羥基作用生成中間體IV，進(jìn)而發(fā)生β-H消除得到中間體V。V經(jīng)還原消除得到最終產(chǎn)物，同時(shí)重新生成Ru(0)物種完成催化循環(huán)。

——總結(jié)——

在該工作中，Michael J. Krische教授課題組實(shí)現(xiàn)了Ru催化苯并環(huán)丁烯酮與1,2-二醇經(jīng)由環(huán)加成反應(yīng)構(gòu)建II型聚酮類化合物骨架分子，實(shí)現(xiàn)了C-C鍵活化和兩組C-H鍵的官能團(tuán)化。反應(yīng)具有良好的產(chǎn)率以及優(yōu)秀的非對(duì)映選擇性。在后續(xù)的研究中，作者發(fā)現(xiàn)該工作可能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的對(duì)映異構(gòu)化過程，必將在II型聚酮類藥物的合成中發(fā)揮重要的作用。

有機(jī)化學(xué)

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