正文來自微信大眾號：X-MOLNews在化學范圍，一個廣為人知的規(guī)則是一切反饋基礎(chǔ)上都是可逆的，如Diels-Alder反饋、羥醛縮合反饋等，正向和逆向的反饋都已獲得深刻接洽。但對于過度非金屬催化的反饋，更加是那些波及C-C鍵斷裂的反饋，接洽可逆反饋則頗具挑撥性。如圖1所示，波及C-C鍵產(chǎn)生的遷徙插入是很多過度非金屬催化變化的要害辦法，其微觀逆進程是β-碳取消。暫時，接洽最普遍的β-碳取消由環(huán)張力的開釋啟動，囊括環(huán)丁醇或環(huán)丙醇的開環(huán)，它們常常產(chǎn)生含羰基的非金屬有機中央體（圖1a）。另一種開辟β-碳取消的戰(zhàn)略波及空間張力，比方：Catellani反饋的要害辦法β-碳取消依附于反饋進程中生存的降龍腦基鈀物種的空間位阻減少（圖1b）。其它使β-碳取消的戰(zhàn)略則依附于強π-鍵的產(chǎn)生（圖1c）。

不日，加拿大多倫多大學的Mark Lautens教講課題組以非對映異構(gòu)的新戊基碘化學物理為開始材料，通訊了鈀催化C-C鍵的可逆產(chǎn)生（圖1d）。接洽截止表白這兩種非對映異構(gòu)體都不妨在溝通的催化前提下變化為共通的產(chǎn)品cis-茚并二氫異喹諾酮。經(jīng)過將鎳催化的碳碘化反饋中產(chǎn)生的trans-非對映異構(gòu)體置于不許舉行C-I鍵恢復取消的鈀催化劑中，進一步證明了鈀催化的β-碳取消。其余，她們還實行了茚并二氫異喹諾酮類復合物的非對映集聚性合成。簡直而言，當從非對映體開始材料的1:1攙和物動身時，能以高達95%的收率贏得簡單的非對映異構(gòu)體；而從trans-非對映體動身時，產(chǎn)品的收率可達94%。關(guān)系功效于不日公布在Nature Chemistry 上。

圖1. β-碳取消的戰(zhàn)略。圖片根源：Nat. Chem.

開始，作家將非對映異構(gòu)體trans-1a（由鎳催化的碳碘化反饋爆發(fā)）、Pd(PPh3)4（30 mol%）和K2CO3（4 equiv.）置于甲苯（0.07 M）中于120 °C反饋24 h，以45%的收率獲得cis-四環(huán)產(chǎn)品2a（圖2a），單晶X-射線衍射證明了季碳重心的立體化學與開始材料的立體化學差異，同聲還獲得了質(zhì)子化脫非金屬副產(chǎn)品3a。當將無環(huán)前體（lin-1a）置于溝通的前提下舉行反當令，以55%的收率贏得cis-產(chǎn)品2a，同聲再有10%的副產(chǎn)品3a（圖2b）。風趣的是，當將cis-1a（由鈀催化的碳碘化反饋爆發(fā)）置于溝通的前提下舉行反當令，以79%的收率獲得cis-產(chǎn)品2a，同聲副產(chǎn)品3a的含量<10%（圖2c）。那些截止與假如的β-碳取消道路普遍（圖2d）：開始，新戊基碘與鈀(0)催化劑舉行氧化加成激勵了該反饋，而后經(jīng)β-碳取消爆發(fā)芳基鈀(II)中央體，后者經(jīng)過解離體制從烯烴的一個面異構(gòu)化到另一個面，進而不妨舉行隨后的遷徙插入進程。但是，該進程會引導全碳季碳重心的裂解和重新整建，所以具備差異的非對映采用性。究竟上，遷徙插入后獲得的新戊基鈀物種經(jīng)C-H鍵活化和恢復取消便可爆發(fā)四環(huán)茚并二氫異喹諾酮構(gòu)造。其余，作家估計因為trans 6/5稠環(huán)體制的張力，trans-非對映異構(gòu)體不會爆發(fā)側(cè)芳環(huán)的C-H鍵活化。

圖2. 首先的截止及大概的機理。圖片根源：Nat. Chem.

接下來，作家安排了一系列試驗來決定β-碳取消的大概性。作家覺得此進程不妨用以次兩種代替體制：1）1,3-鈀遷徙：即鈀催化劑與新戊基碘舉行氧化加成后，不妨經(jīng)過C-H鍵活化-質(zhì)子化去非金屬化產(chǎn)生cis-非對映異構(gòu)體，接著經(jīng)C-H鍵活化、恢復取消便可獲得產(chǎn)品；2）在含有側(cè)芳環(huán)的另一個立體重心爆發(fā)差向異構(gòu)化。為了商量1,3-鈀遷徙體制的可行性，作家采用了帶有乙基的一致底物trans-1b（圖3a），并商量了三種大概的截止：1）經(jīng)1,3-鈀遷徙和隨后的β-氫取消爆發(fā)含烯烴的產(chǎn)品；2）經(jīng)1,3-鈀遷徙和隨后的C-H鍵活化、恢復取消獲得茚芐位帶有甲基的四環(huán)產(chǎn)品；3）反饋被實足控制。究竟上，當將帶有乙基的一致底物置于10 mol%的催化劑下舉行反當令，僅查看到 β-碳取消級聯(lián)產(chǎn)品（2b）為重要產(chǎn)品，這進一步證明了該反饋不是經(jīng)過1,3-鈀遷徙舉行的。接著，作家將開始材料trans-1c及其相映的芳基碘化學物理lin-1c置于溝通的前提下舉行反當令（圖3c），獲得了溝通的對映異構(gòu)體2c且對映采用性沒有貶低，這一截止證明了全碳季碳立體重心爆發(fā)了差向異構(gòu)化。

圖3. 機理接洽。圖片根源：Nat. Chem.

隨后，作家經(jīng)過密度泛函表面（DFT）計劃接洽了該反饋的能量變革。如圖4所示，作家將鈀氧化加成絡合物1設為開始。接著，芳族骨子對個中一個PPh3配體的初始置換供給中央體2；后者經(jīng)β-碳取消（TS 2-3, ΔG≠ = 35.7 kcal mol-1）后產(chǎn)生烯烴配位的鈀絡合物3。隨后，烯烴的si面從共同物3脫配位，而后用烯烴的re面舉行配位獲得芳基鈀共同物4，后者經(jīng)遷徙插入（TS 4-5, ΔG≠ = 8.3 kcal mol-1）產(chǎn)生cis-新戊基鈀絡合物5。5經(jīng)配體調(diào)換獲得碳酸鹽絡合物6，后者經(jīng)過內(nèi)球共同非金屬化去質(zhì)子化體制（TS 6-7, ΔG≠ = 33.2 kcal mol-1）舉行C-H鍵活化產(chǎn)生鈀環(huán)7，隨后經(jīng)恢復取消（TS 7-8, ΔG≠ = 15.7 kcal mol-1）獲得cis-茚并二氫異喹諾酮并再生存性鈀催化劑。其余，作家還接洽了天生trans-茚并二氫異喹諾酮的能量變革（圖4b），并創(chuàng)造β-碳取消的過度態(tài)TS 2-3與trans-C-H鍵活化的過度態(tài)TS 9-10之間生存9.7 kcal mol-1的能量差，這一截止與試驗查看截止普遍。

圖4. 反饋的DFT計劃。圖片根源：Nat. Chem.

對于R1 位帶有乙基的底物，鎳催化lin-1b的碳碘化反饋爆發(fā)了每種非對映異構(gòu)體的~1:1攙和物。為此，作家發(fā)端探究在鈀催化下將cis-和trans-非對映異構(gòu)體攙和物集聚為簡單產(chǎn)品的大概性。如圖5所示，將cis : trans（1:1）的攙和物置于Pd(PPh3)4（10 mol%）、Cs2CO3（4 equiv.）和甲苯中于120℃舉行反當令，能以平淡至崇高的收率贏得所需的cis-茚并二氫異喹諾酮產(chǎn)品。更加是，R1位帶有乙基的底物要比甲基底物的反饋功效更好，個中p-CF3代替的底物能以95%的收率獲得產(chǎn)品2f。犯得著一提的是，當將lin-1b、cis-1b和trans-1b的1:1:1攙和物置于規(guī)范前提下舉行反當令，也能以71%的收率贏得cis-茚并二氫異喹諾酮2b。

圖5. 底物范疇。圖片根源：Nat. Chem.

與1:1的攙和物比擬，運用trans-非對映異構(gòu)體舉行的反饋常常會貶低產(chǎn)率，這大概是因為cis-異構(gòu)體變化為產(chǎn)品的功效更高。如圖6所示，缺電子基團代替的底物的反饋功效常常優(yōu)于富電子基團代替的底物，比方：p-和m-CF3代替底物的產(chǎn)率辨別為94%（2f）和86%（2g）。即使R1位含有甲基，p-CF3代替的底物也能在10 mol%的催化劑下實足變化，并以47%的產(chǎn)率贏得所需產(chǎn)品2h，其他是質(zhì)子化脫非金屬副產(chǎn)品。比擬之下，含有甲基的底物在10 mol%催化劑下僅爆發(fā)13%的產(chǎn)品2a和58%的質(zhì)子化脫非金屬副產(chǎn)品，同聲還結(jié)余~30%的開始材料未反饋。須要指出的是，在R1位引入體積更大的nBu可普及反饋收率（2i），但仍低于含乙基的底物。其余，側(cè)芳基環(huán)的鄰位帶有代替基時會重要遏制反饋的舉行，比方：o-F代替的底物收率為26%；而較大的o-OMe代替底物的收率僅為15%。

圖6. 電子效力對β-碳取消的感化。圖片根源：Nat. Chem.

常常情景下，β-碳取消是由熱力學成分確定的，但電子效力是怎樣感化β-碳取消進程卻不太領(lǐng)會。為此，作家運用DFT計劃來商量對位代替基對β-碳取消的感化。如圖7a所示，與未代替底物的β-碳取消過度態(tài)（TS 2-3）的活化勢壘比擬，吸電子基團CF3代替底物的活化勢壘要低1.1 kcal mol-1，而給電子基團OMe代替底物則將活化勢壘普及了0.8 kcal mol-1，所以吸電子基團CF3代替的底物會普及反饋收率，這是由于吸電子基團不妨寧靜過度態(tài)的同位碳上局部陰電荷的積聚。其余，作家還經(jīng)過DFT計劃接洽了R1位帶有乙基的底物是怎樣普及反饋收率的（圖7b），計劃截止表白當R1=Et時，β-碳取消過度態(tài)（TS 2-3）的活化能壘要比R1=Me的活化能壘低3.1 kcal mol-1。

圖7. 反饋的電子效力和立體效力的DFT領(lǐng)會。圖片根源：Nat. Chem.

歸納

Mark Lautens教講課題組通訊了以非對映異構(gòu)新戊基碘化學物理為開始材料的鈀催化可逆C-C鍵產(chǎn)生的歸納接洽，個中鎳和鈀催化的碳鹵化本領(lǐng)的運用供給了一個理念的體例來接洽非金屬催化的β-碳取消。從合成的觀點來看，異構(gòu)化開始材料的攙和物不妨經(jīng)過非對映集聚式合成具備全碳季碳立體重心的簡單產(chǎn)品。計劃和試驗領(lǐng)會表白，中央體鈀氧化加成絡合物的壽命以及吸電子基團的生存對反饋的勝利起到了要害效率。

Reversible C-C bond formation using palladium catalysis

Austin D. Marchese?, Bijan Mirabi?, Colton E. Johnson?, Mark Lautens?

Nat. Chem., 2022, DOI: 10.1038/s41557-022-00898-0

導師引見

Mark Lautens

https://www.x-mol.com/university/faculty/4807

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