研究论文介绍

Angew:钯催化的三级C-H键选择性芳基化反应研究

本文作者:杉杉

导读

近日,美国Scripps研究所的余金权课题组在Angew. Chem. Int. Ed.中发表论文,报道首例钯催化的通过瞬态导向基团参与的环丁基甲基酮类分子的三级C-H键活化反应方法学,进而完成各类具有四级碳中心的环丁基甲基酮类化合物的构建。这一全新的芳基化策略,无需在分子中预先引入相应的导向基团,同时表现出良好的区域选择性。

Palladium(II)-Catalyzed Selective Arylation of Tertiary C‒H Bonds of Cyclobutylmethyl Ketones Using Transient Directing Groups

Cheng, L. Xiao, S. Qian, Z. Zhuang, A. Liu, J. Yu, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, ASAP doi: 10.1002/anie.202117233.

正文

目前,钯催化的一级与二级C-H键活化反应方法学已经有诸多的研究报道[1]-[2]。然而,对于三级C-H键活化反应方法学的研究,则较少有相关的文献报道(Scheme 1a-1b)[3]-[5]。这里,受到通过配体加速的C-H活化反应方法学[6]以及通过引入TDG (transient-directing-group)参与的各类合成转化策略研究的启发[7],余金权团队报道首例采用α-氨基酸作为TDG,并通过钯催化剂参与的环丁基甲基酮三级β-C-H键芳基化反应方法学 (Scheme 1c)。

首先,作者采用1-环丁基丙烷-2-1a4-碘苯甲酸甲酯2a作为模型底物,进行相关反应条件的优化筛选 (Table 1),进而确定最佳的反应条件为:采用Pd(OAc)2作为催化剂,DL-苯基甘氨酸 (TDG1)作为瞬态导向基团,L4作为配体,Ag3PO4TFA作为添加剂,HFIP作为反应溶剂,反应温度为100 oC,最终获得71%收率的芳基化产物3ar.r. > 95:5

在上述的最佳反应条件下,作者首先对各类芳基碘底物的应用范围进行考察(Table 2)。研究表明,一系列带有供电子与吸电子基团取代的碘苯底物均能够较好地与上述的反应条件兼容,并获得中等至良好收率的芳基化产物3a3j (r.r. > 95:5)。同时,作者发现,这一全新的芳基化策略,对于苯基不同位置具有其它卤素基团取代的芳基碘底物,均能够良好地与上述的标准反应体系兼容 (3e-3g3o-3p)。之后,作者进一步发现,上述的标准反应条件对于芳基碘底物中存在的甲氧羰基 (3a3m)、硝基 (3b3n)、羰基 (3k)以及羟甲基 (3t)等官能团同样表现出良好的兼容性。然而,对于具有甲酰基或氰基取代的芳基碘底物,则观察到反应收率的显著降低 (3l3q)。

接下来,作者进一步对一系列环丁基甲基酮底物的应用范围进行深入研究(Table 3)。作者发现,各类带有烷基 (4b4e)、甲氧基 (4f)、苯丙基(4g)或苄基(4h)基团取代的环丁基甲基酮底物,均能够以中等至良好的反应收率,获得相应的β-C-H键芳基化产物 (r.r. > 95:5)。同时,采用4a底物时,却仅能够获得中等区域选择性的芳基化产物5a (75:25 r.r.)。之后,该小组发现,在采用苯基 (4i)或环己基 (4j) 取代的环丁基甲基酮底物时,均无法获得预期的目标产物。

总结

美国Scripps研究所的余金权团队报道首例钯催化的通过瞬态导向基团参与的环丁基甲基酮类分子的三级C-H键活化反应方法学,进而成功完成各类具有四级碳中心的环丁基甲基酮类化合物的构建。这一全新的芳基化策略,无需预先引入相应的导向基团,同时表现出良好的区域选择性。

参考文献

  1. [1] T. W. Lyons, M. S. Sanford, Chem. Rev. 2010, 110, 1147. doi: 10.1021/cr900184e.
  2. [2] C. G. Newton, S. G. Wang, C. C. Oliveira, N. Cramer, Chem. Rev. 2017, 117, 8908. doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00692.
  3. [3] N. Hoshiya, K. Takenaka, S. Shuto, J. Uenishi, Org. Lett. 2016, 18, 48. doi: 10.1021/acs.orglett.5b03229.
  4. [4] X. Yang, G. Shan, Z. Yang, G. Huang, G. Dong, C. Sheng, Y. Rao, Chem. Commun. 2017, 53, 1534. doi:10.1039/C6CC06897A.
  5. [5] V. G. Zaitsev, D. Shabashov, O. Daugulis, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13154. doi: 10.1021/ja054549f.
  6. [6] P. Wang, M. E. Farmer, X. Huo, P. Jain, P. X. Shen, M. Ishoey, J. E. Bradner, S. R. Wisniewski, M. D. Eastgate, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9269. doi: 10.1021/jacs.6b04966.
  7. [7] K. Yang, Q. Li, Y. Liu, G. Li, H. Ge, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12775. doi: 10.1021/jacs.6b08478.

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