【有机】JACS:⾦催化的炔烃三官能团化反应
炔烃作为有机合成化学中重要的⼀类化合物,它的官能团化有利于复杂分⼦⾻架的构建。相⽐于双官能团化,炔烃的三官能团化鲜有报道。由于相对论效应,⾦作为π酸可以在温和条件下活化三键和累积双键(path A)。受限于产⽣的重要中间体⼄烯⾦原型脱⾦现象protodeauration (path B),⼄烯⾦作为亲核试剂与羰基化合物反应直到近期才被报道(path C)。近年来,利⽤⼀价⾦和三价⾦的氧化还原过程(Path D),构建C-X键是如今⾦化学的热点。然⽽由于⾼氧化还原电势,该转化过程通常需要强氧化剂,这使得底物范围受限(图1-A)。因⽽,同时利⽤⾦的三种反应类型(π酸活性、⼄烯⾦的亲核性和⾦(I/III)氧化还原催化)不仅在反应机理上有其新颖性更能⼀步构建具有多种官能团的化合物。南佛罗⾥达⼤学史晓东⽼师课题组⼀直致⼒于研究均相⾦催化剂在有机合成中的应⽤。最近,他们课题组⾸次报道了⾦催化的炔烃三官能团化反应。该反应在温和条件下,⼀步反应同时⾼效构建C-O、C-N和C-C 键,且底物使⽤范围较⼴。这也是第⼀例报道,融合了⾦催化三种不同反应类型(图1-B)。
图1. ⾦催化常见反应类型
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kva基于先前对⼄烯⾦反应活性的研究( J. Am. Chem. Soc ., 2015, 137 , 8912-8915; Chem , 2020, 6 , 1420-1431),作者进⼀步发现在碱性条件下,具有γ-羰基作为导向基的炔烃通过⾦铁协同催化,可以与芳基重氮盐反应,得到炔烃双官能团化反应,以此构建C-O和C-N键。作者随后完成了对反应条件的优化和底物适⽤范围的考察(图2)。反应对缺电⼦的芳基重氮盐有较⾼活性。不同基团取代的γ-羰基导向基团都适⽤于此反应。不仅如此,反应还适⽤于活性较低的内炔。
图2. 炔烃双官能团化底物
随后作者发现了在加热条件下(40 ℃),可以分离得到炔烃三官能团化的产物。尽管产率不⾼,但证明了结合⾦催化的三种反应模式的可⾏性。通过对反应机理的分析,为避免副反应,作者最后使⽤了L-Au-Cl作为催化前体,通过碱促进的芳基重氮盐氧化,原位⽣成 [ArAu(III)]的策略,成功活化炔烃得到⼄烯⾦(III)的反应中间体。经过对反应条件的进⼀步优化和底物的考察,作者成功实现了利⽤⾦三种不同的催化活性,在炔烃上同时⾼效构建C-O、C-N和C-C键的⽅法,同时反应有较⼴泛底物适⽤性(图3)。
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图3. 炔烃三官能团化底物季风图
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misunderstanding随后,作者⽤nESI-MS,检测到了关键反应中间体A和B,从⽽验证了反应的机理(图4A)。除了反应机理的新颖,产物具有的1,4-⼆酮是有机合成中重要的官能团,⽤于复杂分⼦⾻架的构建。为了更有效地完成产物的转化,作者实现了对C=O、N=N和C=N键选择性还原,并脱除了导向基团(图4B)。
图4. 机理及衍⽣化
在该⼯作中,史晓东⽼师课题组报道了⾦催化的炔烃三官能团化反应。该反应⾸次成功兼容了⾦的三种不同的催化模式:π酸活化、⼄烯⾦的亲核性和⾦(I/III)氧化还原过程。除了⼀步构建复杂分⼦⾻架外,⼄烯⾦(III)作为亲核试剂第⼀次被⽤于反应中。该反应策略还可以被⽤于其他⾦催化反应中。相应⼯作正在进⾏中。
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J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c01811
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史晓东
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