研究论文介绍

Angew:锰催化的烷氧羰基化反应方法学研究

作者:杉杉

导读:

近日,德国Leibniz-Institut für Katalyse与大连化学物理研究所的吴小锋团队在ACS Catal.中发表论文,共同报道一种全新的通过锰催化剂促进的烷基氯、CO与醇之间的烷氧羰基化 (alkoxycarbonylation)反应方法学,进而成功完成一系列烷基羧酸酯分子的构建。

Manganese-Catalyzed Alkoxycarbonylation of Alkyl Chlorides

H.Ai, H.Geng, X. Gu, X. Wu, ACS Catal. 2023, 13, 1310. doi: 1021/acscatal.2c05854.

正文:

具有C(sp3)结构单元的酯类骨架广泛存在于一系列天然产物、药物分子、农用化学品以及有机材料分子中。目前,已经成功设计出多种通过烷基(拟)卤作为起始原料,构建烷基酯分子的合成转化策略 (Scheme 1A)[1]-[3],然而,上述策略中的底物应用范围较为有限。这里,基于烷基氯(具有较高的BDE)起始原料的廉价易得 (Scheme 1B)以及近年来对于通过钳形配合物 (pincer complexes)参与的催化惰性键活化相关研究报道[4]-[5]的启发,德国Leibniz-Institut für Katalyse与大连化学物理研究所的吴小锋课题组合作报道一种全新的通过锰催化剂促进的烷基氯、CO与醇之间的烷氧羰基化反应方法学 (Scheme 1C)。

首先,作者采用1-氯丁烷1与醇衍生物2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Mn-6作为催化剂,CO (6 bar)作为羰基源,Cs2CO3作为碱,水作为极性质子试剂,异丙苯作为反应溶剂,反应温度为140 oC,最终获得87%收率的烷基羧酸酯产物3

在上述的最佳反应条件下,作者对一系列烷基氯以及醇底物 (Scheme 2)的应用范围进行深入研究。

之后,该小组进一步进行相关的竞争反应研究 (Scheme 3)。

接下来,作者通过自由基捕获实验 (Scheme 4A)与自由基钟实验 (Scheme 4B)研究表明,反应过程中并未涉及SET路径。同时,作者进一步通过控制实验 (Scheme 4C)表明,反应过程中,并未涉及烷基溴间体的参与。并且,在催化剂Mn-6活化C(sp3)-Cl键的过程中,无需醇分子的参与。

基于上述的实验研究以及前期相关的文献报道[5]-[6],作者提出如下合理的反应机理 (Scheme 5)。

TET: two electron transfer

总结:

德国Leibniz-Institut für Katalyse与大连化学物理研究所的吴小锋课题组共同报道一种全新的通过锰催化剂促进的烷基氯、CO与醇之间的烷氧羰基化反应方法学,进而成功完成一系列烷基羧酸酯分子的构建。这一全新的烷氧羰基化策略具有广泛的底物应用范围以及优良的官能团兼容性等优势。

 

参考文献:

  • [1] R. F. Heck, R. S. Breslow, J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 2779. doi: 10.1021/ja00901a023.
  • [2] I. Ryu, N. Sonoda, Angew. Chem., Int. Ed. 1996, 35, 1050. doi: 10.1002/anie.199610501.
  • [3] D. Yan, C. Crudden, J. Chen, W. Xiao, ACS Catal. 2019, 9, 6467.doi: 10.1021/acscatal.9b01789.
  • [4] C. Gunanathan, D. Milstein, Chem. Rev. 2014, 114, 12024. doi: 10.1021/cr5002782.
  • [5] S. J. Ton, K. T. Neumann, P. Norby, T. Skrydstrup, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 17816. doi: 10.1021/jacs.1c09170.
  • [6] F. Kallmeier, T. Irrgang, T. Dietel, R. Kempe, Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 11806. doi: 10.1002/anie.201606218.

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