研究论文介绍

Angew:有机催化简单烷烃的C-H官能团化反应方法学

作者:杉杉

导读:

近日,南洋理工大学/贵州大学的Yonggui Robin Chi与贵州大学的伍星星课题组在Angew. Chem. Int. Ed.中发表论文,首次报道一种全新的NHC型催化剂催化脂肪族烷烃中惰性C(sp3)-H键与醛的直接官能团化反应方法学,进而成功完成一系列酮分子的构建。

Organocatalytic C-H Functionalization of Simple Alkanes

Su, F. Lu, K. Tang, X. Lv, Z. Luo, F. Che, H. Long, X. Wu, Y. Chi, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, ASAP. doi: 10.1002/anie.202310072.

正文:

惰性C(sp3)-H键的直接官能团化是构建碳-碳或碳-杂原子键的重要方法。并且,在过去的几十年里,诸多研究团队已经成功设计出多种惰性C(sp3)-H键的直接官能团化的合成转化策略 (Figure 1A) [1]。然而,对于有机催化惰性C(sp3)-H键的官能团化反应方法学 (Figure 1B),目前却较少有相关的研究报道[2]。受到近年来对于NHC型催化剂催化促进自由基反应方法学 (Figure 1C) [3]相关研究报道的启发,这里, 南洋理工大学/贵州大学的Yonggui Robin Chi与贵州大学的伍星星课题组首次报道一种全新的NHC型催化剂催化脂肪族烷烃中惰性C(sp3)-H键与醛的直接官能团化反应方法学,进而成功完成一系列酮分子的构建 (Figure 1D)。

首先,作者采用环己烷1a与苯甲醛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NHC E作为有机催化剂,3e作为氧化剂,tBuOK作为碱,反应温度为30 oC,最终获得85%收率的产物4a

在上述的最佳反应条件下,作者分别对一系列醛底物以及烯烃底物 (Table 2)的应用范围进行深入研究。


接下来,作者对上述串联官能团化过程的反应机理进行进一步研究  (Schemes 1A-1B)。基于上述的实验研究以及前期相关的文献报道[4],作者提出如下合理的反应机理 (Scheme 1C)。

总结:南洋理工大学/贵州大学的Yonggui Robin Chi与贵州大学的伍星星课题组首次报道一种全新的NHC型催化剂催化脂肪族烷烃中惰性C(sp3)-H键与醛的直接官能团化反应方法学,进而成功完成一系列酮分子的构建。这一全新的合成转化策略具有底物范围广泛、优良的官能团兼容性以及温和的反应条件等优势。

参考文献:

[1] J. He, M. Wasa, K. S. L. Chan, Q. Shao, J. Q. Yu, Chem. Rev. 2017, 117, 8754. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00622.

[2] Y. Qin, L. Zhu, S. Luo, Chem. Rev. 2017, 117, 9433. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00657.

[3] J. L. Zhu, C. R. Schull, A. T. Tam, A. Renteria-Gomez, A. R. Gogoi, O. Gutierrez, K. A. Scheidt, J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 1535. doi:10.1021/jacs.2c12845.

[4] Y. Matsuki, N. Ohnishi, Y. Kakeno, S. Takemoto, T. Ishii, K. Nagao, H. Ohmiya, Nat. Commun. 2021, 12, 3848. doi:10.1038/s41467-021-24144-2.

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