Angew:Co催化端炔的(E)-选择性交叉二聚反应
2020-05-04 09:15:39   来源:
共轭1,3-烯炔在有机合成中是一类重要的合成单元,可用于制备多取代的π-共轭化合物及天然产物,在药物中也是重要的基团。因此,化学工作者发展了许多许多有效实用的方法来制备1,3-烯炔,包括:1)端炔与烯基卤代物或活化烯烃的偶联反应;2)共轭炔醛化合物的Wittig反应;3)炔丙醇的脱水反应。然而,这些反应均具有一些缺点,如剧烈的反应条件、原料不易获得、催化剂用量较高等。在温和条件下,两个端炔的催化二聚是制备这类化合物经济而且直接的方式,自从Trost课题组报道了Pd催化的炔烃二聚以来,许多金属催化(大多为贵金属催化剂)的炔烃二聚相继被报道。在这方面,化学工作者越来越倾向于使用第一行的廉价金属来催化此类反应,如Co、Fe等,这些金属含量丰富、价廉易得、毒性更低。Hengst课题组于2005年报道了Co催化的端炔自身聚合反应,该反应具有良好的区域选择性及立体选择性,但是加入两个不同的端炔之后,不仅选择性会降低,自身偶联及交叉偶联的选择性也难以控制。2016年,Milstein课题组报道了Fe催化的端炔的(Z)-选择性交叉二聚反应,反应需要3倍量的三甲基硅乙炔来得到中等收率的交叉二聚产物,而且会无法避免地产生端炔自聚的产物。最近,日本大阪大学的Kazushi Mashima课题组报道了Co催化的端炔的(E)-选择性交叉二聚反应,合成了一系列1,3-烯炔化合物。反应具有良好的官能团耐受性,而且没有自身二聚产物生成。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上(DOI: 10.1002/anie.201913835)。值得一提的是,Collins课题组最近报道了光催化的端炔二聚反应,但是需要大大过量的硅基乙炔来实现高的收率,而且作者认为反应经Co(Ⅲ)中间体,与本文的机理还是不同的。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

首先,作者采用4-苯基-1-丁炔2a与三甲基硅乙炔3为模板底物进行条件优化(Table 1),通过对配体、溶剂、还原剂等反应条件的优化,作者确定了反应的最优条件为:1a为催化剂、乙基溴化镁为还原剂、THF为溶剂,室温反应3 h,最终以98%的收率得到目标产物。值得注意的是,配体不仅影响反应的活性,对于自身二聚与交叉二聚的选择性也有巨大影响。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

确定了最优反应条件后,作者对反应的底物范围进行了扩展(Table 2)。其中,具有苯基、萘基、噻吩基、吡啶基及烷基取代的端炔均能以良好的收率得到目标产物,但叔丁基苯乙炔不能得到相应产物,可能是由于位阻作用的影响。反应具有良好的官能团耐受性,羟基、硅基醚、氨基、酯基、缩醛、邻苯二甲酰亚胺、氰基、卤素等官能团均能兼容反应条件。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

随后,作者对反应中的炔基供体进行了扩展(Table3)。其中,二甲基叔丁基硅乙炔、三异丙基硅乙炔及二苯基硅氧基乙炔均能以高收率得到产物。但叔丁基乙炔只能以61%收率得到产物,可能是由于其立体位阻更大。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

最后,作者通过原位捕获及氘代实验对反应的机理进行研究,提出了反应的催化循环(Scheme 1):首先,Co催化前体在还原剂作用下被原位还原为零价Co活性中间体A,其随后对硅基乙炔的C-H键进行氧化加成,生成中间体C;紧接着C对另一个炔烃进行氢金属化过程,生成中间体D或者E;最后D或者E经还原消除得到产物。在此循环中,大位阻配体对于反应的活性及选择性至关重要。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

小结:Kazushi Mashima课题组发展了Co催化端炔的(E)-选择性交叉二聚反应,合成了一系列1,3-烯炔化合物。作者后期通过分离Co(0)活性中间体及氘代实验,对反应机理进行了研究,并强调了大位阻配体的重要性。

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