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有机大牛David W.C. Macmillan最新Nature:脂肪族C-H键直接芳基化2020-11-16

【引言】

尽管过渡金属催化被成功应用于交叉偶联反应,但仍存在相当大的局限性。近年来,如在sp3杂化碳原子的反应中,大部分都是依靠官能化的烷基金属或溴化物偶联剂进行相应的反应。通过天然官能团(如羧酸、烯烃和醇类物质)中的官能化碳-氢(C-H)键,能直接使反应的转换效率得到提高。这些反应的效率、区域选择性、官能团容忍性都很好,在合成领域被广泛使用,不过大部分都需要底物活化过程。有机分子一般含有大量的sp3碳氢键(C-H键),但如何在一个温和而通用的反应平台中让中性C(sp3)-H键与芳基亲电子试剂直接偶联尚未实现。【成果简介】

近日,美国普林斯顿大学化学系教授David W.C. MacMillan(通讯作者)课题组开发出了具有高度选择性和普遍性的脂肪族C-H键直接芳基化方法,能够激活多种C-H键,进行交叉偶联反应,相关的研究成果以“Direct arylation of strong aliphatic C–H bonds”为题发表在国际顶级期刊Nature上。芳香族有机物含有大量的sp3碳氢键(C-H键),通过光驱动氧化还原介导转移的氢原子和镍催化结合,以镍介导为亲核试剂对芳基溴化物进行交叉偶联反应可以得到C(sp3)-C(sp2)交叉偶联产物。该技术可省去一系列复杂的有机合成过程,能够单步实现产物的生成。这种温和方法基于热力学和C-H键极性表现出可预测的反应模式,有选择性地在有环和无环系统中官能化脂肪族的sp3C-H键,区域选择性、收率、官能团容忍性都很好。【图文导读】

图一:无导向基团参与的脂肪族C-H键芳基化反应

a,传统的过渡金属催化的C(sp3)-H芳基化过程;

b,光驱动作用下氧化还原介导的氢原子转移和镍催化结合过程;

c,使用该催化剂能够直接将未活化脂肪族C-H键直接芳基化。

图二:未活化的脂肪族C(sp3)-H键直接芳基化的反应机理

图三:烷基亲核偶联剂的选择范围

环状、非环状和双环脂肪族都能作为亲核偶联剂选择范围,图中的百分比为分离产率。绿色圆圈表示观察到的异构体的位点。