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Acc. Chem. Res 中科院化學(xué)研究所王從洋課題組在錳金屬有機(jī)催化方面取得系列進(jìn)展

來(lái)源:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所      2018-04-15
導(dǎo)讀:合成化學(xué)為人類社會(huì)提供了衣食住行等賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。金屬有機(jī)催化體系的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展對(duì)有機(jī)合成策略的革新起到關(guān)鍵的決定性作用。錳是地球豐產(chǎn)元素,處于前、后過(guò)渡金屬交界地帶的第7副族,具有來(lái)源豐富,價(jià)格便宜,環(huán)境友好、氧化態(tài)豐富等優(yōu)點(diǎn)?;阱i金屬的新型催化體系可能具有不同于其他過(guò)渡金屬的獨(dú)特反應(yīng)化學(xué)。

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中科院和化學(xué)所的大力支持下,化學(xué)所分子識(shí)別與功能院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員在前期工作中建立了錳族金屬有機(jī)催化的新體系,實(shí)現(xiàn)了一系列錳族金屬催化的高效有機(jī)合成轉(zhuǎn)化新反應(yīng)、新方法(J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 1264-1267; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4628-4631;J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18048-18051; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 4950-4953; J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6558-6561; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 13659–13663)。 

1912年,德國(guó)化學(xué)家Mannich等人發(fā)現(xiàn)了簡(jiǎn)單酮α-C(sp3)-H鍵與亞胺的加成反應(yīng),即教科書(shū)上經(jīng)典的Mannich反應(yīng)。在此后的一百多年里,如何避免Mannich反應(yīng)的發(fā)生而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單酮芳環(huán)上惰性C(sp2)-H鍵對(duì)亞胺的加成反應(yīng)一直是有機(jī)合成中沒(méi)有解決的難題之一。最近,王從洋研究員課題組通過(guò)采用新型的錳催化體系,改變了傳統(tǒng)的Mannich反應(yīng)路徑,選擇性實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單酮與亞胺的芳環(huán)惰性C(sp2)-H加成反應(yīng);進(jìn)而,通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件的精確調(diào)控,發(fā)展了酮與亞胺的[3+2]環(huán)化反應(yīng)以及酮、亞胺和甲基鋅的新型三組分環(huán)化反應(yīng),分別高效生成了含有環(huán)外雙鍵的異吲哚啉化合物和含有季碳中心的異吲哚啉化合物(Nat. Commun. 2017, 8, 1169)。 

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圖1   經(jīng)典的Mannich反應(yīng)和錳催化的惰性C-H鍵活化反應(yīng)

另外,烯基硅烷具有低毒、穩(wěn)定、易于操作及轉(zhuǎn)化豐富等優(yōu)點(diǎn),在有機(jī)合成中發(fā)揮著重要的作用。炔烴的硅氫化反應(yīng)是制備烯基硅烷最簡(jiǎn)單和最直接的方法之一,具有100%的原子經(jīng)濟(jì)性。最近,王從洋研究員課題組通過(guò)開(kāi)發(fā)錳催化的獨(dú)特兩面性,經(jīng)由金屬有機(jī)和自由基雙軌機(jī)制,首次實(shí)現(xiàn)了錳催化的“雙向”炔烴立體選擇性硅氫化反應(yīng):通過(guò)采用單核的五羰基溴化錳催化劑和三苯基砷配體,高選擇性地實(shí)現(xiàn)了炔烴的E式硅氫化反應(yīng);相反,通過(guò)采用雙核的十羰基二錳催化劑和過(guò)氧化月桂酰助催化劑,高選擇性地實(shí)現(xiàn)了炔烴的Z式硅氫化反應(yīng)(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 923-928)。 

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圖2   開(kāi)發(fā)錳催化的兩面性實(shí)現(xiàn)炔烴的立體選擇性硅氫化反應(yīng)

鑒于該課題組在錳金屬有機(jī)催化惰性C-H鍵高效轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的創(chuàng)新性和系統(tǒng)性研究,最近美國(guó)化學(xué)會(huì)旗下的《Acc. Chem. Res.》期刊邀請(qǐng)他們總結(jié)了該領(lǐng)域的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題;特別是他們針對(duì)這些問(wèn)題所采用的研究策略、建立的新型錳催化體系、實(shí)現(xiàn)的特色錳催化反應(yīng)以及對(duì)未來(lái)該領(lǐng)域發(fā)展的展望。值得指出的是,這是該期刊在這一新興領(lǐng)域發(fā)表的第一篇綜述性文章(Acc. Chem. Res. 2018, 51, 816-827)。 

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圖3   錳催化的惰性C-H鍵高效轉(zhuǎn)化策略與反應(yīng)

參考資料

[1]中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所,王從洋研究員課題組在錳金屬有機(jī)催化方面取得系列進(jìn)展



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