(圖片來源:Nat. Catal.)
正文
過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應是構建聯(lián)(雜)芳基骨架的一種通用策略。然而,利用簡單易得的(雜)芳基鹵化物和擬鹵化物的交叉親電偶聯(lián)反應仍處于起步階段。特別是,發(fā)展此類通用的交叉親電偶聯(lián)方法可以有效利用商業(yè)可得且結構多樣的(雜)芳基鹵化物和擬鹵化物作為偶聯(lián)配偶體。最近,印度孟買理工學院Debabrata Maiti課題組在發(fā)展了配體控制,可見光驅動的單金屬交叉親電偶聯(lián)反應(cross-electrophile coupling,XEC),其中雙鈀催化循環(huán)的協(xié)同進行可以根據(jù)鍵解離焓的不同來區(qū)分不同的親電試劑(Fig. 1)。下載化學加APP到你手機,收獲更多商業(yè)合作機會。
(圖片來源:Nat. Catal.)
作者認為此轉化可能經(jīng)歷以下反應過程(Fig. 2a):在可見光激發(fā)下,原位生成的LnPd(0)絡合物轉化為三線態(tài)激發(fā)態(tài)物種[LnPd(0)]*(2)。在激發(fā)態(tài)中,空配位點可以選擇性地使芳基碘化物/三氟甲磺酸酯3與Pd中心結合,從而通過內球SET過程得到雜化芳基Pd(I)-自由基物種4。轉化中涉及自由基物種可以通過TEMPO捕獲實驗、自由基鐘實驗和自電子順磁共振實驗得到證實。在交叉偶聯(lián)催化循環(huán)中,首先由Pd(II)預催化劑原位生成Pd(0)物種,其會與芳基溴/氯(6)經(jīng)歷氧化加成形成芳基Pd(II)物種7。隨后,雜化芳基Pd(I)-自由基物種4介導芳基向7轉移,生成Pd(III)中間體(8)。接下來,Pd(III)金屬中心經(jīng)歷還原消除形成C-C鍵,從而得到聯(lián)(雜)芳基產(chǎn)物9并釋放Pd(I)中間體10。最后,活性Pd(0)催化劑在堿存在下通過歧化或SET途徑得到再生,同時完成兩個催化循環(huán)。
接下來,作者選擇4-溴-2-甲氧基吡啶11和4-碘-1-甲基-1H-吡咯12作為模板底物對反應條件進行了篩選(Fig. 2b-2d),當使用11 (1.0 equiv), 12 (1.0 equiv), Pd(OAc)2 (5 mol%), L79 (10 mol%), Cs2CO3 (3.0 equiv), 在乙腈 (2.0 ml) 中,藍光照射下室溫反應24 h可以以82%的分離產(chǎn)率得到聯(lián)雜芳基產(chǎn)物13。
為了確保所觀察到的交叉選擇性是鈀的兩種可能得催化模式之間協(xié)同作用的結果,作者進行了控制實驗。首先,在激發(fā)態(tài)鈀催化劑存在的情況下,作者比較了碘和溴偶聯(lián)配偶體在SET過程中的反應性(Fig. 2e)。在標準條件下,等摩爾混合的11和12與4-叔丁基苯乙烯反應,可以以95%的產(chǎn)率得到吡唑偶聯(lián)產(chǎn)物,且溴起始原料保持不變。此外,作者還在標準條件下使用等摩爾12及其溴化物與4-叔丁基苯乙烯反應,實驗結果表明12完全形成了吡唑偶聯(lián)產(chǎn)物,而其相應的溴化物幾乎不反應。這一實驗結果驗證了作者所提出的基于BDE區(qū)分反應性的假說。隨后,作者合成了12的氧化加成絡合物,分別進行了化學計量和催化量反應,且交叉偶聯(lián)產(chǎn)物的產(chǎn)率分別為10%和0%,由此說明單一催化循環(huán)是無效的(Fig. 2f)。此結果與作者所提出的機理中選擇性交叉產(chǎn)物的形成相一致。
在得到了最優(yōu)反應條件后,作者對此轉化的底物范圍進行了探索(Fig. 3)。實驗結果表明,一系列不同取代的雜芳基溴化物和(雜)芳基碘化物均可順利實現(xiàn)此轉化,得到相應的雜芳基-雜芳基偶聯(lián)產(chǎn)物13-38(52-91%),雜芳基-芳基偶聯(lián)產(chǎn)物39-56(50-94%),雜芳基-多氟芳基偶聯(lián)產(chǎn)物57-62(32-88%)。其中甲氧基、三氟甲基、酯基、氰基等一系列官能團均可良好兼容。值得注意的是,產(chǎn)物26可以通過3步合成即可實現(xiàn)天然產(chǎn)物(±)-cytisine的合成,與文獻報道的方法相比具有較大優(yōu)勢。
此外,這種XEC策略還可以成功應用于一系列簡單的芳基鹵化物。其中一系列不同的官能團,如胺、醚、酯、醛、磺酰胺和氰基,均在此反應中具有良好的耐受性,以42-93%的產(chǎn)率得到相應的不對稱雙芳基產(chǎn)物63-69(Fig. 4a)。值得注意的是,利用此策略還可以使用簡單易得的(雜)芳基鹵實現(xiàn)felbinac, xenbuin,flufenisal, ARB-272572, magnolol, telmisartan, bifonazole, A-349821和CPI-1612等生物活性分子中聯(lián)芳基骨架70-78(54-87%)的構建。此外,該策略適用于直接合成含二芳基的小分子藥物,如鄰甲基苯腈(OTBN)(79)和abametapir (80)(Fig. 4b)。高興的是,這種XEC策略還可以實現(xiàn)多肽的選擇性修飾,以51-76%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物81-83(Fig. 4c)。此外,作者還利用此策略通過自偶聯(lián)實現(xiàn)了一系列對稱的聯(lián)吡啶類化合物84-89(52-89%)的合成(Fig. 4d)。
最后,作者基于C(sp2)-OTf與C(sp2)-Br/Cl的鍵解離能差異,進一步實現(xiàn)了(雜)芳基三氟甲磺酸酯與(雜)芳基溴/氯化物的偶聯(lián)(Fig. 5)。當使用RuPhos L35或XantPhos L20時,可以以35-90%的產(chǎn)率得到相應雜芳基-雜芳基偶聯(lián)產(chǎn)物90-103和芳基-芳基偶聯(lián)產(chǎn)物104-107。
總結
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