NI催化,最新Nature Catalysis!

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▲第一作者:Chen-Fei Liu, Hongyu Wang
通讯作者:Osvaldo Gutierrez ,Ming Joo Koh
通讯单位:National University of Singapore;University of Maryland, College Park, MD, USA
DOI: 10.1038/s41929-021-00658-2

01

背景介绍

多取代的烯烃广泛存在于有机材料和生物活性分子结构中,但是,目前,由于官能团耐受性低、区域选择性和立体选择性较差、应用率低等问题,立体选择性烯烃合成方法的开发大大受阻。通过催化α-烯烃直接合成各种1-芳基(硼基)-1-甲基官能化三取代和四取代反式烯烃,仍然是难以实现的。

02

本文亮点

● 本文报道了一种N-杂环卡宾-Ni(I)络合物,催化量的络合物与空间体积较大的碱结合后,促进单取代烯烃与多种亲电试剂反式选择性结合,得到产率高达92%和区域选择性>98%的三取代和四取代烯烃。
● 该方法适用于碳和杂原子取代的烯烃的制备,且与现有的方法相比具有明显的优势。同时,通过生物活性化合物的合成证明了该方法的实际效用。

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图文解析

多取代的C=C键广泛存在于有机材料和生物活性分子中(图1a),是进一步衍生到更广泛的高价值化合物的关键中间体。催化烯烃异构化和催化烯烃转化反应的最新进展,提供了一种以普通烯烃作为底物,来获得E/Z选择性良好的高取代烯烃(图1b)的策略。但是,目前由于官能团耐受性低、区域选择性和立体选择性较差、应用率低等问题,立体选择性烯烃合成方法的开发大大受阻。为了解决上述问题,作者设计了如图1c所示的催化体系。作者假设合适的过渡金属基催化剂首先与亲电试剂B反应形成中间体,随后与末端烯烃A进行支链选择性Heck型功能化得到D。随后进行动力学控制的立体选择性C-C双键转位以生成所需的产物C。

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▲图1、设计立体选择性三取代烯烃和四取代烯烃催化反应的重要性。

反应条件的优化
以叔戊二氧化钠为碱,无水甲苯为溶剂,在80℃、N2气氛下进行12 h,将未活化的烯烃5a与亲电三氟三芳基6a连接,生成三取代7a(表1)。

机理研究
Ni(I)基催化剂的催化效率和选择性显著提高,促使作者进行了一系列的实验和计算研究,以阐明选择性的机理和起源(图2)。在不同异构化条件下将1,1-二取代7b与Ni-2进行研究(图2a(i))。乙烯基环丙烷9在80℃下用Ni-2以及源自Ni(cod)2和L7的IPr Ni(0)在甲苯中单独处理(图2a(ii))。作者进一步通过氘标记和交叉研究验证了上述提出的非自由基1,3-氢移位机制(图2a(iii))。为了进一步了解其机理,作者进行了DFT计算,总体上支持如图2b所示的催化途径。Ni(I)V经过内球反式选择烯丙基C-H插入(图2c)以提供η1-烯丙基镍(III)中间体VI,该中间体VI随后经历迁移以生成VII。

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▲图2 机理和计算研究

底物范围
在已知的Ni-2催化条件下,作者继续用三氟苯基作为交叉配位的各种功能化单取代烯烃考察范围(图3a),同时,也对功能化芳基和三氟杂芳基进行了评估(图3b)。结果表明,均具有较高的官能团耐受性、选择性和立体选择性。

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▲图3 底物拓展

应用
该方法为合成各种重要生物活性分子的提供了更简单的制备路线(图4b),如1、2、3、21药物分子的合成。除了碳取代烯烃外,通过使用图4a中硼化/异构化条件,还可以有效地得到硼化烯烃。

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▲图4、应用

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