热点研究

「Spotlight Research」锰-钴双金属接力催化烯烃的多样性脱氢二氟烷基化

作者:石油醚

本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者来自南京大学的博士研究生钟桃为我们分享。

2023年8月29日,Angew Chem在线发表了来自南京大学谢劲教授团队题为「Manganese/Cobalt Bimetallic Relay Catalysis for Divergent Dehydrogenative Difluoroalkylation of Alkenes」的研究论文。该文中,他们报道了一种新颖的Mn-Co双金属接力催化体系,实现了各种烯烃的多样性脱氢二氟烷基化,合成了一系列烯丙位二氟烷基化以及二氟甲基化环化产物。该策略利用锰介导的卤原子转移(XAT)与钴催化的氢原子转移(HAT)过程,以还原剂铟粉作为桥梁,将两个催化循环串联,从而实现了双金属接力催化。

“Manganese/Cobalt Bimetallic Relay Catalysis for DivergentDehydrogenative Difluoroalkylation of Alkenes

Tao Zhong, Chengyihan Gu, Yuhang Li, Jun Huang, JianHan, Chengjian Zhu, Jie Han, & Jin Xie*

Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202310762. Doi: 10.1002/anie.202310762

Q1. 请对“Manganese/Cobalt Bimetallic Relay Catalysis for DivergentDehydrogenative Difluoroalkylation of Alkenes一个简单介绍。

二氟甲基在药物化学、材料化学等领域中是一类非常有用的结构,如何在化合物中高效地引入二氟甲基片段一直以来都是合成化学领域的研究重点。然而,烯丙位二氟甲基化化合物的合成相对较为局限,主要来源于脱羧二氟甲基化以及金属试剂对卤代物的亲核取代反应。因此,开发一种新的方法合成这类化合物显得至关重要。在此工作中,我们借助锰介导的卤原子转移(XAT)与钴催化的氢原子转移(HAT)过程,实现了Mn-Co接力催化烯烃的多样性脱氢二氟烷基化。该体系兼容各种商业可得的烯烃,借助底物的控制,我们得到了一系列烯丙位二氟烷基化以及二氟甲基化环化产物。该体系的关键在于利用还原剂铟粉作为桥梁,将两个催化循环串联,从而实现了双金属接力催化。这种双金属接力催化策略为金属自由基化学开辟了新的途径,也促进了锰介导的原子转移反应新催化模式的开发。

Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢

该策略的主要挑战来源于双金属的兼容性,一旦两者不匹配将导致催化剂失活或者副反应的发生。在最初筛选反应过程中,经常遇到反应体系浑浊或催化剂配体解离的状况,这可能是金属之间不兼容导致的。经过对机理的设计和大量实验尝试,找到了合适的催化剂和还原剂,成功的让两种金属在同一体系中各司其职,且互不干扰,从而实现了我们的设想。

Q3. 本次研究主体,有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢?

反应条件的优化是该过程中比较辛苦的过程。其一是因为要综合考虑两个金属的性质,体系中不能存在导致其失活的的物种,比如对锰催化剂而言,依据前人的经验,含吡啶类配体容易导致其活性降低。其二是要找到一个合适的还原剂能够将两个催化循环串联起来,常见的还原剂在我们体系中都无法得到较好的结果,而当选取铟粉作为还原剂时,反应效果大大提升。因此在理性设计的同时,也需要经过大量的实验尝试。

Q4. 将来想继续研究化学的哪个方向呢?

多元催化近年来引起了化学家们的广泛关注,结合不同催化剂的不同反应性,可以从简单的起始原料选择性地获取复杂的产物。然而,控制多金属催化过程并没有一个通用的原则,这使得新反应的发现和优化具有很大的挑战性。因此,接下来我将在多元催化方向继续探索,包括多金属协同催化,金属-有机协同催化等。

Q5. 最后,有什么想对各位读者说的吗?

科研道路任重而道远,贵在坚持和勤奋。对团队而言,有问题要及时与导师沟通交流,导师永远是前进路上的灯塔,指明着前进的方向。与课题组成员要积极讨论,很多想法都是在讨论交流中获得的。对自己而言,广泛阅读大方向上一致的文献,了解前沿工作和需要解决的科学难题;精读与自己领域密切相关的文献,学习借鉴文献中的设计思路和解决方法;多听相关专家的讲座,体会科研历程,学习相关知识,积累汇报技能。

作者教育背景简介

教育背景:

2022.09-至今 南京大学,化学(谢劲教授)

2018.09-2021.06 中山大学,药物化学,理学硕士(翁江副教授)

2014.09-2018.07 南昌大学,药学,理学学士

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