Angew:Co催化端炔的(E)-選擇性交叉二聚反應

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共軛1,3-烯炔有機合成中是一類重要的合成單元,可用于制備多取代的π-共軛化合物及天然產物,在藥物中也是重要的基團。因此,化學工作者發展了許多許多有效實用的方法來制備1,3-烯炔,包括:1)端炔與烯基鹵代物或活化烯烴的偶聯反應;2)共軛炔醛化合物的Wittig反應;3)炔丙醇的脫水反應。然而,這些反應均具有一些缺點,如劇烈的反應條件、原料不易獲得、催化劑用量較高等。在溫和條件下,兩個端炔的催化二聚是制備這類化合物經濟而且直接的方式,自從Trost課題組報道了Pd催化的炔烴二聚以來,許多金屬催化(大多為貴金屬催化劑)的炔烴二聚相繼被報道。在這方面,化學工作者越來越傾向于使用第一行的廉價金屬來催化此類反應,如Co、Fe等,這些金屬含量豐富、價廉易得、毒性更低。Hengst課題組于2005年報道了Co催化的端炔自身聚合反應,該反應具有良好的區域選擇性及立體選擇性,但是加入兩個不同的端炔之后,不僅選擇性會降低,自身偶聯及交叉偶聯的選擇性也難以控制。2016年,Milstein課題組報道了Fe催化的端炔的(Z)-選擇性交叉二聚反應,反應需要3倍量的三甲基硅乙炔來得到中等收率的交叉二聚產物,而且會無法避免地產生端炔自聚的產物。最近,日本大阪大學的Kazushi Mashima課題組報道了Co催化的端炔的(E)-選擇性交叉二聚反應,合成了一系列1,3-烯炔化合物。反應具有良好的官能團耐受性,而且沒有自身二聚產物生成。相關研究成果發表在Angew. Chem. Int. Ed. 上(DOI: 10.1002/anie.201913835)。值得一提的是,Collins課題組最近報道了光催化的端炔二聚反應,但是需要大大過量的硅基乙炔來實現高的收率,而且作者認為反應經Co(Ⅲ)中間體,與本文的機理還是不同的。


 

(來源:Angew. Chem. Int. Ed.


首先,作者采用4-苯基-1-丁炔2a與三甲基硅乙炔3為模板底物進行條件優化(Table 1),通過對配體、溶劑、還原劑等反應條件的優化,作者確定了反應的最優條件為:1a為催化劑、乙基溴化鎂為還原劑、THF為溶劑,室溫反應3 h,最終以98%的收率得到目標產物。值得注意的是,配體不僅影響反應的活性,對于自身二聚與交叉二聚的選擇性也有巨大影響。


(來源:Angew. Chem. Int. Ed.


確定了最優反應條件后,作者對反應的底物范圍進行了擴展(Table 2)。其中,具有苯基、萘基、噻吩基、吡啶基及烷基取代的端炔均能以良好的收率得到目標產物,但叔丁基苯乙炔不能得到相應產物,可能是由于位阻作用的影響。反應具有良好的官能團耐受性,羥基、硅基醚、氨基、酯基、縮醛、鄰苯二甲酰亞胺、氰基、鹵素等官能團均能兼容反應條件。


 

(來源:Angew. Chem. Int. Ed.


隨后,作者對反應中的炔基供體進行了擴展(Table3)。其中,二甲基叔丁基硅乙炔、三異丙基硅乙炔及二苯基硅氧基乙炔均能以高收率得到產物。但叔丁基乙炔只能以61%收率得到產物,可能是由于其立體位阻更大。


 

(來源:Angew. Chem. Int. Ed.


最后,作者通過原位捕獲及氘代實驗對反應的機理進行研究,提出了反應的催化循環(Scheme 1):首先,Co催化前體在還原劑作用下被原位還原為零價Co活性中間體A,其隨后對硅基乙炔的C-H鍵進行氧化加成,生成中間體C;緊接著C對另一個炔烴進行氫金屬化過程,生成中間體D或者E;最后D或者E經還原消除得到產物。在此循環中,大位阻配體對于反應的活性及選擇性至關重要。



(來源:Angew. Chem. Int. Ed.


小結:Kazushi Mashima課題組發展了Co催化端炔的(E)-選擇性交叉二聚反應,合成了一系列1,3-烯炔化合物。作者后期通過分離Co(0)活性中間體及氘代實驗,對反應機理進行了研究,并強調了大位阻配體的重要性。


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