交叉親電偶聯(lián)是構(gòu)建C-C鍵的高效方法之一,并且可作為經(jīng)典親核-親電偶聯(lián)反應(yīng)的可靠替代途徑。在芳基/烯基與烷基的親電交叉偶聯(lián)中,通過(guò)抑制β-氫消除可降低副產(chǎn)物的生成。相反,過(guò)渡金屬催化的遠(yuǎn)程官能化是利用反復(fù)的β-氫消除和金屬-H插入,即“鏈行走”過(guò)程將官能團(tuán)引入另外的非活性脂肪族位置。近年來(lái),未活化烷基鹵化物的遠(yuǎn)程芳基化和羧化取得了許多發(fā)展。然而,已報(bào)道的反應(yīng)仍局限于有限的偶聯(lián)配偶體。目前,尚未有文獻(xiàn)報(bào)道未活化的烷基鹵化物的烯基化反應(yīng),其原因可能在于鏈行走過(guò)程中金屬-H對(duì)烯烴組分甚至烯烴產(chǎn)物的加成。因此,開(kāi)發(fā)涉及金屬氫化物的遠(yuǎn)程烯基化新途徑仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。
南京工業(yè)大學(xué)馮超教授課題組首次發(fā)展了鎳催化未活化烷基溴化物的的高區(qū)域和立體選擇性遷移氟代烯基化反應(yīng)。反應(yīng)在非堿性條件下以優(yōu)異的區(qū)域和立體選擇性進(jìn)行,并且可以容忍一系列潛在反應(yīng)性官能團(tuán)。更重要的是,這項(xiàng)工作代表了將烯烴用于Ni-H介導(dǎo)的偶聯(lián)反應(yīng)的第一個(gè)實(shí)例,并因此擴(kuò)展了非活性烷基親電試劑遠(yuǎn)程功能化領(lǐng)域的界限。
圖1 未活化的烷基鹵化物的遷移官能化(來(lái)源:Chem. Sci.)
為了避免混雜的氫金屬化問(wèn)題,作者選擇了氟化烯烴作為遷移反應(yīng)的偶聯(lián)體。作者設(shè)想反應(yīng)可能通過(guò)如下機(jī)理進(jìn)行:二氟烯烴2與熱力學(xué)穩(wěn)定的芐基鎳V配位形成中間體VI,經(jīng)區(qū)域選擇性遷移插入產(chǎn)生碳加成加合物(VII)。隨后,β-氟化物消除導(dǎo)致單氟烯烴3的形成。還原Ni-F(VIII)可再生具有催化活性的Ni0(I)。該反應(yīng)的挑戰(zhàn)性在于:(1)鎳催化劑必須能夠介導(dǎo)所有基元步驟,包括鏈行走和脫氟偶聯(lián);(2)所得的單氟烯烴產(chǎn)物應(yīng)對(duì)Ni-H以及Ni-烷基物種保持惰性;(3)Ni-H沿碳鏈的遷移應(yīng)比烯基化步驟快得多,以確保良好的區(qū)域選擇性。
圖2 反應(yīng)設(shè)計(jì)(來(lái)源:Chem. Sci.)
首先,作者以偕二氟烯烴2a和1-溴-2-苯基乙烷1a為模型底物對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了篩選。以Ni(ClO4)2·6H2O為催化劑,聯(lián)吡啶(L1)為配體,Yb(OTf)3為添加劑,反應(yīng)可以70%的產(chǎn)率獲得目標(biāo)產(chǎn)物3a,在反應(yīng)體系中加入兩當(dāng)量的Mn粉可進(jìn)一步提高3a產(chǎn)率至76%。
圖3 條件篩選(來(lái)源:Chem. Sci.)
之后,作者對(duì)該反應(yīng)的底物范圍進(jìn)行了研究。各種芳基-偕二氟烯烴衍生物可與1-芳基-2-溴乙烷反應(yīng)得到氟烯基化產(chǎn)物(3a-r)。二氟烯烴上含有吸電子基團(tuán)如氰基,三氟甲基,酯和酮比含有富電子基團(tuán)的反應(yīng)有利。氯和氟取代基在本反應(yīng)中也是相容的(3l和3m)。含氮雜環(huán)衍生的底物也可以發(fā)生該轉(zhuǎn)化得到3q和3r,區(qū)域選擇性大于100:1。同樣的,烷基溴也具有廣泛的底物范圍。苯環(huán)上具有Me,OMe,OTBS,Cl和CF3基團(tuán)的一系列β-溴乙基苯乙烯可與二氟烯烴2a和2j進(jìn)行烯基化反應(yīng),產(chǎn)物具有優(yōu)異的區(qū)域選擇性和立體選擇性。長(zhǎng)鏈烯烴也可以發(fā)生反應(yīng),并隨著碳鏈增加,產(chǎn)率逐漸降低。
圖4 底物擴(kuò)展(來(lái)源:Chem. Sci.)
為了證明該反應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,作者對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行了衍生化研究。3a可通過(guò)氫化、環(huán)氧化、二溴化、氧化反應(yīng)分別得到產(chǎn)物4a-4c和4e。用堿處理3a消除HF能夠以70%的產(chǎn)率得到聯(lián)烯4d。
圖5產(chǎn)物衍生化(來(lái)源:Chem. Sci.)
為了了解該反應(yīng)的機(jī)理,作者設(shè)計(jì)了一系列對(duì)照實(shí)驗(yàn)。偕二氯烯烴5a、二溴代烯烴5b和單鹵代烯烴7a-c均不能發(fā)生目標(biāo)轉(zhuǎn)化,這說(shuō)明了兩個(gè)氟原子在反應(yīng)中的重要作用。1-溴-1-氟烯烴9也不能和1a反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物,這進(jìn)一步排除了C(sp2)-F鍵氧化加成到芐基-Ni然后還原消除的替代途徑。使用氘標(biāo)記的烷基溴D2-1a能產(chǎn)生完全氘轉(zhuǎn)移產(chǎn)物D2-3a。為了評(píng)價(jià)Ni-H識(shí)別非氟化烯烴和偕二氟烯烴的能力,作者將苯乙烯10與1-溴丙烷進(jìn)行氟烯基化反應(yīng),在相同的催化體系下,能以40%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物3a,該結(jié)果清楚地證明了氟取代基對(duì)烯烴部分的顯著影響。
圖6 對(duì)照實(shí)驗(yàn)(來(lái)源:Chem. Sci.)
結(jié)語(yǔ):南京工業(yè)大學(xué)馮超教授課題組開(kāi)發(fā)出一種通用的Ni催化的未活化的烷基溴化物與偕二氟烯烴的遷移氟代烯基化方法,提供了制備各種官能化單氟烯烴新途徑。反應(yīng)在非堿性條件下以優(yōu)異的區(qū)域和立體選擇性進(jìn)行,并且可以容忍一系列潛在反應(yīng)性官能團(tuán)。更重要的是,這項(xiàng)工作擴(kuò)展了非活性烷基親電試劑遠(yuǎn)程功能化領(lǐng)域的界限,這項(xiàng)工作代表了將烯烴用于Ni-H介導(dǎo)的偶聯(lián)反應(yīng)的第一個(gè)實(shí)例。
撰稿人:悠優(yōu)
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