- 首頁
- 資訊
董廣彬課題組Nat. Catal.：銠催化非張力芳基-芳基鍵的分裂交叉偶聯(lián)反應(yīng)
來源：化學(xué)加原創(chuàng) 2024-04-08
導(dǎo)讀：近日，美國芝加哥大學(xué)（University of Chicago）董廣彬課題組發(fā)展了一種分裂（split）交叉偶聯(lián)策略，通過將常見的2,2'-雙酚的非張力芳基-芳基鍵進(jìn)行“切割”，使其可以與不同的芳基碘化物進(jìn)行雙芳基化發(fā)反應(yīng)。該反應(yīng)由銠催化，并由可移除的亞磷酸酯導(dǎo)向基團(tuán)和有機(jī)還原劑四(二甲胺)乙烯來促進(jìn)。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究表明反應(yīng)涉及一個(gè)由Lewis酸助催化劑加速的還原消除步驟。值得注意的是，此偶聯(lián)策略在非對(duì)稱2,6-二芳基化苯酚的模塊化和簡(jiǎn)化合成中以及苯基單元的骨架插入中得到了應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表在Nat. Catal.上，文章鏈接DOI：10.1038/s41929-024-01120-9。
（圖片來源：Nat. Catal.）
非張力芳基-芳基鍵是有機(jī)分子中最穩(wěn)定的共價(jià)鍵之一。雖然它們廣泛存在于一系列天然產(chǎn)物和合成化合物中，但芳基-芳基鍵很少可以作為官能團(tuán)化的活性位點(diǎn)來參與化學(xué)轉(zhuǎn)化。由于此類化學(xué)鍵的非極性性質(zhì)使得它們難以與親核試劑或親電試劑反應(yīng)，并且在非張力雙芳基化合物中，較高的鍵解離能(≥110 kcal mol?1)并不會(huì)促進(jìn)自由基介導(dǎo)的官能團(tuán)化反應(yīng)發(fā)生。迄今為止，非張力芳基-芳基鍵的斷裂通常是在氫化和復(fù)分解反應(yīng)中才能實(shí)現(xiàn)（Fig. 1a）。然而，通過這些惰性化學(xué)鍵的有效轉(zhuǎn)化來得到有用的結(jié)構(gòu)骨架仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。下載化學(xué)加APP到你手機(jī)，收獲更多商業(yè)合作機(jī)會(huì)。雜環(huán)聯(lián)芳烴廣泛存在于藥物、農(nóng)用化學(xué)品和有機(jī)材料的核心骨架中。而過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)是制備雜環(huán)聯(lián)芳烴骨架的重要手段。傳統(tǒng)的交叉偶聯(lián)反應(yīng)通常涉及兩個(gè)預(yù)先官能團(tuán)化的芳烴底物以等摩爾比相互反應(yīng)（Fig. 1b）。最近，美國芝加哥大學(xué)董廣彬課題組發(fā)展了一種新的交叉偶聯(lián)反應(yīng)模式。其通過將簡(jiǎn)單易得的2,2’-雙酚所衍生的雙芳基底物進(jìn)行“切割”，并與兩當(dāng)量的共同芳基鹵化物實(shí)現(xiàn)偶聯(lián)從而得到相應(yīng)的雜聯(lián)芳基產(chǎn)物。值得注意的是，這種所謂的分裂交叉偶聯(lián)(split cross-coupling, SXC)反應(yīng)是通過銠催化非張力芳基-芳基鍵的活化而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)此SXC過程的關(guān)鍵是如何選擇性的控制反應(yīng)每個(gè)階段被活化的化學(xué)鍵（Fig. 1c）。
（圖片來源：Nat. Catal.）
接下來，作者選擇雙磷酸酯底物1b和4-碘-苯甲醚1c作為模板底物對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了篩選（Table 1）。當(dāng)使用1b (0.1 mmol), 1c (0.5 mmol), [Rh(C2H4)2Cl]2 (5 mol%), In (25 mol%), TDEA (tetrakis(dimethylamino)ethylene) (0.3 mmol), 丁烯酸乙酯（50 mol%），在1,4-二氧六環(huán)中，140 oC反應(yīng)，并用HCl后處理可以以82%的核磁產(chǎn)率，72%的分離產(chǎn)率得到芳基化的苯酚產(chǎn)物1d（entry 1）。
（圖片來源：Nat. Catal.）
在得到了最優(yōu)反應(yīng)條件后，作者對(duì)此轉(zhuǎn)化的底物范圍進(jìn)行了探索（Fig. 2）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一系列不同取代的2,2’-雙酚化合物和芳基碘化物均可順利實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)化，以40-88%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物1d-46d（52-91%）。其中2,2’-雙酚化合物可以兼容氯(10d和14d)、溴(16d)、氟(11d和14d)、酯基(9d)、芐基(6d)、保護(hù)的醇(13d)和噻吩(12d)等基團(tuán)。此外，甲氧基醚(20d和27d)、叔胺(46d)、酮(19d和39d)、腈(32d)、三氟甲基(45d)、氯(22d和40d)，溴(35d)，氟(43d)，酯基(31d)，三氟甲氧基(25d)、炔基(33d)、烯烴(34d)、硅醚(40d)以及噻吩(36d)、吲哚(37d)、喹啉(38d)、吡唑(41d)、咔唑(44d)等雜芳烴和萘(30d)、芴(42d)等多環(huán)芳烴均可順利兼容。
（圖片來源：Nat. Catal.）
接下來，為了深入理解反應(yīng)機(jī)理，作者進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn)和DFT計(jì)算（Fig. 3）：控制實(shí)驗(yàn)表明，除了In之外，其它的金屬催化劑如InCl, InI3和ZnCl2也可實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)化，可能是由于In的Lewis酸形式可以促進(jìn)銠催化劑的循環(huán)（Fig. 3a）。DFT計(jì)算表明（Fig. 3b）：反應(yīng)首先通過由[Rh(C2H4)2Cl]2與雙亞膦酸酯1b絡(luò)合得到的氯化銠二聚體int 1-cl解離得到銠單體int 2-cl，此過程吸收4.4 kcal mol?1的熱量。在其與對(duì)碘苯甲醚1c發(fā)生氧化加成后，過量的TDAE可以將雙亞膦酸酯配位的苯基銠(III)二鹵化物還原為苯基銠(I)物種。隨后通過C(芳基)-C(芳基)鍵的旋轉(zhuǎn)和配體的異構(gòu)化(int 4到int 5)，兩個(gè)亞膦酸酯導(dǎo)向基團(tuán)由順式轉(zhuǎn)變?yōu)榉词?，從而縮短了金屬銠與C(芳基)-C(芳基)鍵之間的距離。接下來，C(芳基)-C(芳基)鍵發(fā)生氧化加成，相對(duì)于int 3-cl的靜息態(tài)，此過程的活化能壘為26.3 kcal mol?1。C-C鍵活化后，通過int 6-cis向int 6的無障礙異構(gòu)化減小了苯甲醚和鄰酚基團(tuán)之間的鍵角。在沒有Lewis酸的情況下，C-C還原消除(TS 3)展現(xiàn)出較高的能壘(32.7 kcal mol?1)。隨后的幾何學(xué)分析表明，苯甲醚上的H與亞膦酸酯導(dǎo)向基團(tuán)上的異丙基之間的距離較短(2.14 ?)是導(dǎo)致活化能增加的原因（Fig. 3c）?？傮w來講，計(jì)算結(jié)果表明該反應(yīng)在熱力學(xué)上是有利的（44.9 kcal mol?1），且第一個(gè)C-C還原消除可能是反應(yīng)的周轉(zhuǎn)限制步驟。
由于2,6-二芳基酚常存在于生物相關(guān)化合物中，因此作者首先探索了此類SXC反應(yīng)在2,6-二芳基酚合成中的應(yīng)用（Fig. 4a）。通過將C-H芳基化反應(yīng)與SXC反應(yīng)串聯(lián)，可以以27-61%的產(chǎn)率得到不同取代的2,6-二芳基酚產(chǎn)物1e-10e。此外，利用此策略可以實(shí)現(xiàn)鄰位二芳基化酪氨酸的合成，其可以作為重要的砌塊來構(gòu)建不同的肽（Fig. 4b）。目前使用這種C-H/C-C芳基化策略，可以從相同的酪氨酸前體通過三步即可制備出非對(duì)稱的鄰位二芳基化酪氨酸。
（圖片來源：Nat. Catal.）
除了分裂偶聯(lián)之外，作者利用芳基二碘化物作為反應(yīng)試劑也可以實(shí)現(xiàn)cut-and-sew類型的轉(zhuǎn)化，這為通過插入苯基單元來實(shí)現(xiàn)惰性芳基-芳基鍵的編輯提供了一種獨(dú)特的方法（Fig. 5）。實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵是在第一次偶聯(lián)后產(chǎn)生的單芳基碘化物中間體要比雙碘化物反應(yīng)物更具反應(yīng)活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件下，無論對(duì)稱的雙酚底物還是非對(duì)稱的雙酚底物均可順利實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，以17-68%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的產(chǎn)物1i-6i。董廣彬課題組發(fā)展了銠催化2,2' -雙酚類化合物的SXC反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了基于非張力芳基-芳基鍵的催化活化以及轉(zhuǎn)化。與傳統(tǒng)的交叉偶聯(lián)反應(yīng)相比，SXC反應(yīng)提出了一種概念上的創(chuàng)新，其可以從簡(jiǎn)單易得的二聚底物合成兩倍的聯(lián)芳基產(chǎn)物。通過與C-H活化相結(jié)合，利用此策略還可以實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱鄰二芳基化酚骨架的構(gòu)建。此外，此策略還可以通過苯基單元的插入來實(shí)現(xiàn)獨(dú)特類型的骨骼編輯。機(jī)理研究所表明Lewis酸添加劑的重要作用，可能對(duì)其它C-C活化反應(yīng)的發(fā)展有進(jìn)一步的影響。文獻(xiàn)詳情：
Congjun Yu, Zining Zhang, Guangbin Dong*. Split cross-coupling via Rh-catalysed activation of unstrained aryl–aryl bonds, Nat. Catal., 2024, https://doi.org/10.1038/s41929-024-01120-9.
聲明：化學(xué)加刊發(fā)或者轉(zhuǎn)載此文只是出于傳遞、分享更多信息之目的，并不意味認(rèn)同其觀點(diǎn)或證實(shí)其描述。若有來源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時(shí)更正、刪除，謝謝。 電話：18676881059，郵箱：gongjian@huaxuejia.cn
在線客服
快速發(fā)布
我的店鋪
我的化學(xué)加
我的消息
我要充值
回到頂部
