祝介平教授最新Nature大作;附DOI及原理与应用介绍

祝介平教授最新Nature大作;附DOI及原理与应用介绍

第一作者:Jian Cao, Hua Wu
通讯作者:Jieping Zhu
通讯单位:瑞士洛桑联邦理工学院
DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-021-00698-y
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41557-021-00698-y

背景介绍:
弱的碳-金属键与碳-碳键的动力学惰性相结合,使金属催化的C-C键活化极具挑战性。大多数已报道的C–C键活化方法涉及释放小环的应力,以补偿与C–C键断裂相关的动力学和热力学损失。

本文亮点:

  1. 本文报道了邻位C-C和C-Pd(IV)键的1,2-位置交换(dyotropic重排)可以在温和的条件下以立体定向的方式实现,从而获得季碳-钯键。
  2. 作者开发了一种药物相关的含氟环戊烷的对映选择性合成方法,dyotropic重排是其中的一个关键步骤。
  3. 作者期望在反应设计中实现基于Pd的dyotropic重排可以为开发Pd催化的转化提供一个新的工具。
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图文解析

dyotropic重排。dyotropic重排是Reetz在1972年提出的一种术语,是指两个σ键同时在分子内迁移的一类周环价电子异构化反应。已知涉及金属的dyotropic重排,碳-金属键作为固定支架,如图1a所示。通过β-氢化物的消除和重新插入的1,2-Pd位移已经被很好地建立和开发,1,2-Pd迁移和Wagner Meerwein重排表明Pd为离去基也有报道。然而,1,2-烷基(芳基)/Pddyotropic重排尚未有相关报道。如图1b所示,作者认为这种转化的实现具有很高的合成价值,因为它代表了一种概念上前所未有的碳碳键活化方法。该过程地打破了未活化的C-C σ键,同时形成一个新的C-C σ键和一个新的C-Pd键,为随后的功能化做好准备(图1b)。该反应的机理图与syn-β-碳消除/碳钯化序列完全不同(图1c)。钯催化的1,2-和1,1-芳基化含Pd(iv)中间体的烯烃对映选择性氟化反应已被报道。由于生成季C(sp3)-Pd困难,所有这些方法都生成了含C-F的体中心。作者假设1,2-芳基(烷基)/Pddyotropic重排的多米诺骨化过程可能是形成季C(sp3)-Pd物种的途径,从而形成季C-F立体中心。为此,作者设计了一个具有这一关键基元反应特征的反应序列,如下图所示。

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底物拓展。作者在优化条件下考察了双芳基氟化反应的底物范围(表1)。芳基硼酸既具有供电子基团,又具有吸电子基团,无论其位置如何,都有效地参与了反应,得到了想要的产物(表1, 2a-m)。

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副产物和机理。在优化条件下,未观察到烯烃5的生成。另一方面,在大多数情况下,1,3-氟芳基化产物6作为副产物形成。化合物6s、6y和6z分别在2s、2y和2z的反应中得到分离和充分表征(图2a)。从同一反应中分离2s和6s具有重要的立体化学和机理意义。两种途径,即Pd(Ⅳ)物种C的还原消除(图2b,路径a)和氟化物在Cβ的区域选择性开环(图2b,路径b)26,可以导致副产物6s。

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中间体的结构表征。作者通过1a与芳基硼酸3在化学计量的Pd(OAc)2和配体L1存在下的反应分离出两种Pd(Ⅱ)配合物(±)-7a和(±)-7b(图3a)。这两种配合物都足够稳定,可以通过快速柱色谱法分离,并进行了充分的表征,包括(±)-7b的X射线衍射分析。在50℃下,在选择氟和Na2CO3存在下加热DCE中的(±)-7a溶液,得到(±)-2l和(±)-6l,产率分别为38%和21%(图3b)。Pd(Ⅱ)到Pd(Ⅳ)的缓慢氧化很重要,因为它避免了Pd(Ⅱ)中间体A的过早氧化(与图1d相比),这可能导致1,2-芳基氟化产物的形成。为了进一步探索反应机理,作者用PhICl2、Ce(SO4)2或[Cp2Fe]PF6对Pd配合物7a进行了处理,这三种氧化剂是已知的单电子转移(SET)氧化剂。如图3c所示,在这些条件下,尽管产率适中,但反应过程被改变,得到了5l烯烃。在这些SET条件下,没有观察到由dyotropic重排产生的产物。这些结果提供了在标准条件下Pd(Ⅲ)物种可能不参与的间接证据。

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应用。富电子吲哚-3-基硼酸是该反应的较差底物,为了克服这一限制,考察1,2-芳基(烷基)/Pd(Ⅳ)dyotropic重排与其他过渡金属催化的基元反应的相容性,研究了2-炔基苯胺10在Selectfluor(4)存在下与环戊烯1a的环交叉偶联(表2)。

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