上海有机所在烯基环丁醇碳碳键选择性断裂促进的氢酰化反应中取得进展

文章来源:上海有机化学研究所  |  发布时间:2017-10-09  |  【打印】 【关闭

  

碳碳键断裂反应不仅能实现分子碳骨架的重新构建,也能同时引入两个不同的官能团,从而实现从简单原料出发,一步构建传统方法难以高效合成的分子或多官能团化产物,由此赋予合成策略更多的灵活性,为合成应用提供新的参考途径。正因为如此,近年来,碳碳键断裂作为一种新颖的合成策略,引起了大家的广泛关注并取得了很大的进展,其中,环丁醇作为一类非常有用的合成片段可以参与构建很多复杂的环状分子。 

过渡金属催化的醛类化合物与烯烃的氢酰化反应是一种高效且原子经济性的反应,符合可持续发展和“绿色化学”的理念。这类反应的难点和挑战是反应过程中产生的酰基铑氢中间体十分不稳定,极易脱羰生成羰基配位的铑物种,从而造成催化循环反应的终止。传统方法是在醛基或者烯基底物上安装导向基团以防止脱羰副反应的发生,但是底物范围受到了很大限制。 

中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室的张国柱课题组一直致力于研究发现四元环的新型转化反应,并取得了一系列成果:银催化的环丁醇自由基扩环卤代反应(Green Chem., 2016,18, 6236-6240),铑催化的氧杂环丁醇与炔烃的环加成反应(Chem. Sci., 2017, 8, 3002–3006)。在前期研究工作的基础上,他们设计了串联反应策略:以烯基环丁醇为底物,三级醇导向发生氢金属化,随后四元环开环,最后发生还原消除得到1,5二酮类化合物。通过条件优化,他们完成了1, 5-二酮化合物的高效合成,实现了这一串联反应策略(J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b05427)。烯基环丁醇底物在铑催化剂作用下通过开环、氢转移原位产生了一类新的烯醇铑物种,通过配位饱和的形式稳定反应过程中产生的酰基铑氢物种,从而抑制脱羰副反应的同时,促进氢酰化反应的发生。传统氢酰化反应大多以马氏加成为主,生成支链产物,而该反应策略中,酰基铑氢物种对双键插入后形成的六元环金属化中间体相比于五元环金属化中间体更加稳定,使得反应以特殊的反马氏规则的形式进行,产物以直链为主。该反应策略不需要预先安装导向基团,醛类底物的适用范围非常广,对于传统方法中难度较大的烯醛底物和具有复杂结构的石胆醛底物,反应都能很好地进行。通过调控环丁醇上不同类型的烯基取代基,可以改变氢酰化的反应位点及选择性;值得一提的是通过增加链长经历类似的六元环过渡态,又可以选择性的发生马氏加成,这再一次极大丰富了底物的类型。 

该研究工作得到了国家自然科学基金委、国家千人计划(青年项目)、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、中国科学院上海有机化学研究所以及金属有机化学国家重点实验室的资助。 

图一:烯基环丁醇的选择性开环氢酰化合成1,5二酮