烷烃和醛与芳基烯烃在光催化下的位选择性烯基化反应外文翻译资料

烷烃和醛与芳基烯烃在光催化下的位选择性烯基化反应

原文作者 Hui Cao, Yulong Kuang , Xiangcheng Shi, Koi Lin Wong, Boon Beng Tan, Jeric Mun Chung Kwan,

Xiaogang Liu amp; Jie Wu 单位

摘要：C-H键与烯烃的脱氢烯基化是烯烃合成和分子编辑的一种原子及步骤经济的方法。以C-H底物为限制剂与烷烃和醛的选择性烯基化反应具有重要的合成价值。本文报道了一种在没有任何外加氧化剂的情况下，烷烃和醛与芳基烯烃直接烯基化反应的光催化方法。各种商品原料和药物在C-H底物作为限制剂的情况下，以有效的产率顺利地烯基化。复杂分子的后期烯基化反应对小位阻和富电子的C-H键具有很高的位选择性。这一策略依赖于直接氢原子转移光催化和钴肟介导的析氢交叉偶联的协同结合，这有望为选择性C-H功能化提供一种绿色的新的视角。

绪论

烯烃由于其丰富的化学成分，在有机合成中起着至关重要的作用。简单的C-H键与烯烃的直接烯基化反应是构建和衍生复杂分子的最有吸引力的方法之一。虽然过渡金属催化的芳烃和杂芳烃的烯基化反应已经得到了广泛的研究，但烷烃和醛的类似转化仍然很少。由于金属介导的C-H键裂解缓慢，烷基/酰基金属中间体的不稳定，以及有机分子中普遍存在的Csp³-H键引起的选择性问题，将反应扩大为Csp³-H和Csp²(O)-H键的直接烯基化是具有挑战性的。

最近发现了过渡金属催化的烷烃和醛通过辅助金属插入的脱氢烯烃基化反应(图 1a)。然而，这些转化通常需要化学计量的CuII或AgI盐作为氧化剂。此外，含有杂原子的导向基团可以在分子内进行Michael加成，得到环化产物，而不是所需的烯基化产物。2019年，Gevorgyan和他的同事们公布了一种优雅的自由基中继策略，用于可见光介导的钯催化醇烯基化。尽管如此，对硅基辅助材料的需求降低了这一策略的原子经济性，而且底物的范围仅限于醇类。另一方面，无辅助剂的脱氢烯烃基化具有实际的优势，并引起了人们的极大兴趣(图1b)。虽然在这方面已经取得了很大的进展，但所开发的体系通常需要化学计量的过氧化物和大大过量的C-H底物(超过40个烷烃当量)，底物范围也仅限于简单的碳氢化合物和芳香醛。在探索烯烃构建和光代C-H键功能化的方法时，我们渴望开发一种以C-H底物为限制剂，并且无需助剂和氧化剂的Csp³-H和Csp²(O)-H烯基化反应的策略(图1c)。重要的是，这将允许高级合成中间体和药物相关分子的后期功能化，而无需从头合成。

图 1烷烃和醛与烯烃脱氢烯基化反应的策略。a辅助辅助烯烃基化反应。b无辅助剂的烯烃基化反应。c氢原子转移光催化剂和钴肟催化剂的结合使得C-H底物的选择性直接烯基化成为可能。

在这种情况背景下，我们受直接氢原子转移(HAT)光催化剂的启发，它可以直接激活C-H键。特别令人感兴趣的是十钨酸阴离子([W₁₀O₃₂]^4minus;)，这是一种多金属氧酸盐光催化剂，已广泛应用于烷烃和醛的各种官能化。另一方面，Wu和Lei课题组最近通过协同光氧化还原和钴肟催化开发了伴随析氢的光催化脱氢交叉偶联反应。在这些研究的启发下，我们提出了十钨酸根阴离子与钴肟催化剂的结合可以烯烃作为原料，实现烷烃和醛的直接活化和烯基化反应。本文报道了十钨酸盐催化和钴肟催化相结合，可以在没有氢受体的情况下实现烷烃和醛与芳基烯烃的直接烯基化反应。该策略具有底物范围广、C-H位选择性高、烯烃产物选择性好、使用C-H底物作为限制试剂等特点。天然产物和药用重要分子的选择性烯基化反应，就是这一策略在后期功能化中的应用。

结论

提出反应机理

图2描绘了一个假想的催化循环。十钨酸根阴离子1经过光激发在系间交叉后会产生三重态激发态2。激发态2可以从烷烃或醛中获得氢原子，生成以碳为中心的自由基R·和还原态的十钨酸根3。随后将自由基R·加到烯烃上形成自由基中间体4，它可以被CoII5可逆地捕获，形成CoIII中间体6。烷基CoIII络合物在光照射下将通过正式的beta;-H消除生成烯烃产品与CoIII-H中间体。CoIII-H7与另一个质子反应释放氢原子，生成CoIII8。最后，用还原态的十五酸根3 (E1/2 [W₁₀O₃₂]^4minus;/[W₁₀O₃₂]^5minus;thinsp;=thinsp;minus;0.96thinsp;V versus Ag/Ag in MeCN)对CoIII8 (E1/2 CoIII/CoIIthinsp;=thinsp;minus;0.68thinsp;V versus Ag/Ag in MeCN)进行单电子还原，可以使两种催化剂再生.基于这一假设，我们研究了烷烃和醛在不同条件下的直接烯基化反应。

图 2 烷烃和醛的脱氢烯基化机理。可能的机制涉及氢原子转移过程、单电子转移过程以及钴催化烯烃的形成和析氢。

反应优化

我们的研究从环辛烷的烯基化反应开始，以环辛烷作为限制剂，苯乙烯作为烯烃原料。经过广泛的评估(表 1和补充表1-10)，我们确定了十钨酸四正丁基铵(TBADT，9，4mol%)、Co(DmgH)(DmgH)₂Cl₂(10，1mol%)和2，6-二甲基吡啶(L5，10mol%)与乙腈(0.1M)混合作为溶剂，60℃作为反应温度是最佳条件，烯基化产物11，分离收率为69%，且具有独有的E选择性（表1，条目1）。将苯乙烯的用量从10当量降低至5当量，导致产量显著降低(表1，条目2)。在用GC-MS和1HNMR对粗品混合物进行仔细分析后(见补充讨论)，发现在图2所提出的催化循环中的关键中间体氢化钴也促进了苯乙烯的齐聚。由于这种相互竞争的副反应，需要10当量的苯乙烯才能获得所需产品的高产率。尽管如此，考虑到烯烃原料的丰度(苯乙烯的价格为0.002美元/mmo1)和烯烃的多种反应性，这种方法仍然具有很高的价值。通过对粗产品混合物的GC分析(补充图3-5)，测得氢气的产率为64%，这支持了我们的机理假设。由于未检测到烯烃加氢的副产物，因此排除了苯乙烯或苯乙烯齐聚物作为氢受体的可能性(补充图6-9)。在反应优化过程中，我们发现配体对脱氢烯烃基化反应有很大的影响(表1，条目3-12)。钴肟上的轴向配体很容易解离，这些配体的重新排列有助于beta;-H的消除。此外，轴向配体的电子和空间性质对钴肟配合物的反应性有很大影响。一项对杂环配体的调查(补充表8)显示，在所有被评价的吡啶配体中，2，6-二甲基吡啶(L5)是最有效的，最有可能是因为它在钴中心周围提供了合适的空间环境。此外，使用50mol%的2-甲基苯并咪唑(L9)也是有效的。使用无机碱，如碳酸氢钠，未能提高反应产率，证实这些杂环作为配体而不是碱发挥作用(表1，条目13和补充表9)。在没有TBADT9、钴肟10或灯的情况下没有检测到产物(表 1，条目14)，表明所有以上这些条件都是必需的。值得注意的是，在既定条件下，其他直接HAT光催化剂的转化率很低(表 1，条目15)。

表 1 选定的优化结果。

a反应在 24 W 370 nm LED 的照射下进行。

b 使用 1,3,5-三甲氧基苯作为内标，由粗 1H NMR 光谱确定产率。括号中的独立收益率。仅生成 E 烯烃。

c使用了18 W 蓝色 LED。

拓底物

有了优化的条件，我们开始研究这种C-H烯基化反应的范围和位置选择性(图 3)。

图 3脱氢烯烃基化的范围。孤立的收益率。E/Zgt;99：1，除非另有说明。^a60%的选择性。

^b67%的选择性。Ac=乙酰基，Boc=叔丁氧羰基，Bn=苄基，Cy=环己基。

在所有这些研究中，C-H底物被用作限制试剂。很多的烷烃以中等到良好的产率顺利地烯基化，具有独有的E选择性(11-32)。环尺寸从5到12的环烷烃的烯化产物为11 - 15，具有较好的产率(54-78%)。烯基化反应易于放大，在5.0 mmol规模下，烯烃16的收率为71%。有趣的是，这种双催化体系表现出了对空间可达和富电子碳氢化合物位点官能化的强烈偏好。例如，降莰烷（<str

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