研究论文介绍

ACS Catal.:镍催化的区域选择性还原开环反应方法学

本文作者:杉杉

导读

近日,中国科学技术大学的王川课题组在ACS Catal.中发表论文,报道一种全新的通过镍催化剂促进的芳基环丙基酮与非活化烷基溴之间的还原开环反应方法学,进而成功完成一系列烷基酮分子的构建。

Nickel-Catalyzed Regioselective Reductive Ring Opening of Aryl Cyclopropyl Ketones with Alkyl Bromides

B. Yuan, D. Ding, C. Wang, ACS Catal. 2022, 12, 4261. doi: 10.1021/acscatal.2c00677.

正文

目前,通过环丙烷分子参与的开环或扩环反应方法学已经广泛应用于多种有机分子以及关键砌块的构建[1]。这里,受到前期对于环丙基酮开环反应方法学[2]-[7] (Scheme 1A)、Ni(0)催化剂促进的氧化还原中性环丙基酮开环反应方法学[8]-[10](Scheme 1B)以及本课题组长期以来对于还原交叉偶联反应方法学相关研究报道[11]的启发,中国科学技术大学的王川课题组报道一种全新的通过镍催化剂促进的芳基环丙基酮与非活化烷基溴之间的还原开环反应方法学 (Scheme 1C)。

首先,作者采用烷基溴1a与环丙基酮衍生物2a作为模型底物,进行相关还原开环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NiBr2(dme)作为催化剂,L1作为配体,Zn粉作为还原剂,甲醇作为反应溶剂,反应温度为60oC,最终获得88%收率的还原开环产物3aa

在上述的最佳反应条件下,作者分别对一系列烷基溴底物 (Table 2)以及环丙基酮底物 (Table 3)的应用范围进行深入研究。

接下来,作者通过一系列相关的控制实验研究表明,反应过程中可能并未涉及原位形成的烷基溴化锌试剂(Scheme 2A)。同时,该小组通过相关的化学计量反应研究表明,Zn粉能够同时作为终端还原剂 (terminal reductant),同时能够参与还原步骤中关键中间体的形成 (Schemes 2B-2C)。之后,作者通过氘代实验发现,在反应混合物中存在可烯醇化的相关中间体 (Schemes 2D-2E)。之后,作者进一步发现,反应过程中可能存在通过β-H消除/NiH再插入路径进行的副反应,进而使反应过程中的对映选择性略有降低 (Scheme 2F)。而环丙烷底物中邻近的羰基基团对于反应过程的顺利进行同样较为关键 (Scheme 2G)。接下来,作者进一步观察到,在环丙烷底物的开环反应过程中,两种不同构型的薄荷基溴分子与低价镍催化剂之间的双电子极性氧化加成 (two-electron polar oxidative addition)过程更为有利 (Scheme 2H)。

基于上述的实验研究以及前期相关的文献报道[8]-[10],作者提出如下合理的反应机理 (Scheme 3)。

总结

中国科学技术大学的王川课题组成功设计一种全新的通过镍催化剂促进的芳基环丙基酮与非活化烷基溴之间的还原开环反应方法学,进而成功完成一系列烷基酮分子的构建。这一全新的还原开环策略具有优良的区域选择性、良好的官能团兼容性以及高度的步骤经济性等优势。

参考文献

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