同一天发表Science和Nature Chemistry,啥也不说了,请收下我的膝盖
微著 2021-02-23

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在有机化学反应中,氢在相邻的饱和有机分子、不饱和有机分子之间传递是一种常见的反应过程,但是对于质量更大的原子,在不同有机分子中的来回转移一般比较困难。有鉴于此,苏黎世联邦理工学院Bill Morandi、约翰内斯·古登堡大学Siegfried R. Waldvogel等发现,电催化方法能够驱动烷基分子中相邻碳原子上的一对氯原子/溴原子转移到烯烃分子上,通过这种方法在制备精细化学品的过程中避免了生成毒性含卤副产物。该项研究进展1月29日上线Science。


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图1. 电催化有机“穿梭”反应(Merging shuttle reactions and paired electrolysis for reversible vicinal dihalogenations, Science 371, 507–514 (2021)


同一天,Bill Morandi等在Nature Chemistry上报道了炔烃、酰氯的碳酰化反应相关研究进展。


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第一作者:Yong Ho Lee

通讯作者:Bill Morandi

通讯作者单位:苏黎世联邦理工学院


氢甲酰化反应背景


氢甲酰化反应能够在不饱和底物中同时安装C-H键和醛基,该反应在工业界/学术界中是最为重要的催化反应类型,考虑到构建C-C键的重要性,发展碳甲酰化反应,相当于在氢甲酰化催化反应中构建C-H键的过程更换为构建C-C键,这种碳甲酰化反应为合成羰基有机分子提供了广泛前景。但是,在碳甲酰化反应中,目前需要以CO作为反应物,从而反应为四组分反应,因此发展直接的碳甲酰化反应有非常高的前景


主要内容

有鉴于此,苏黎世联邦理工学院Bill Morandi等报道了一种Pd催化反应方法学,通过方便易得的芳基酰氯作为碳亲核试剂/CO供体,通过与较高化学空间位阻的氢硅烷,从而实现炔烃的立体选择性碳甲酰化反应。而且,作者将这种方法学进行拓展,实现了合成四种化学结构不同的羰基化产物,进一步展示了这种方法学在羰基化反应中的广泛前景。


对此,麦吉尔大学Bruce A. Arndtsen对该工作的重要意义进行评述和亮点报道。


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图2. 酰氯作为类“CO”分子/亲核试剂双功能试剂的反应设计


反应优化


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图3. 反应实施和底物拓展(部分)


反应设计和发展。以二丙基乙炔、三异丙基硅氢、苯甲酰氯作为反应物,以2.5 mol % [Pd(ally)Cl]2/10 mol % TDMPP、2.5 mol % [Pd(ally)Cl]2/4.5 mol % BISBI作为催化剂体系,在130 的PhCl中反应。其中TDMPP=三-(二甲氧基苯基)膦、BISBI=2,2’-二(二芳基膦甲基)联苯。


反应衍生化


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图4. 反应衍生化(通过反应试剂分别实现碳甲酰化、碳酰化、氢甲酰化、氢酰化)


反应衍生化。作者发现当对反应物中的酰氯分别使用芳基甲酰氯、烷基酰氯,i-Pr3Si-H替换为nBu3Sn-R,该反应能够分别实现四种不同反应,分别为碳甲酰化反应、碳酰化、氢甲酰化、氢酰化。展示了该合成方法的前景,能够获得各种不同产物。


反应机理。该反应通过连续的(A)酰氯对Pd(0)氧化加成(B)CO向Pd转移插入(C)炔分子插入(D)CO插入(E)硅烷转金属化多步反应过程进行催化反应。其中,该反应体系中具有多种可能的副反应,比如硅烷在中间体过程中形成醛、芳基烯烃、芳烃等。这几种反应都是以往被发现是可行的路径,在本文研究中,作者通过对催化剂调控,同时将参与反应的硅烷设计为具有较高位阻的结构,从而抑制副反应。


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图5. 反应机理


近期相关工作

苏黎世联邦理工学院Bill Morandi等报道了一种Pd催化分子间合成多官能团修饰的环丙烯酮方法学,该反应通过分子的shuffling过程,炔烃作为反应底物,以α,β-不饱和酰氯分别作为供CO分子、烯烃双重作用,氢硅烷三种分子构建了三个C-C化学键。


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图6. 近期相关工作 Modular Cyclopentenone Synthesis through the Catalytic Molecular Shuffling of Unsaturated Acid Chlorides and Alkynes, J. Am. Chem. Soc. 2020 DOI: 10.1021/jacs.0c10832


参考文献及原文链接

Yong Ho Lee , Elliott H. Denton and Bill Morandi,* Palladium-catalysed carboformylation of alkynes using acid chlorides as a dual carbon monoxide and carbon source, Nat. Chem. 2021,

DOI: 10.1038/s41557-020-00621-x

https://www.nature.com/articles/s41557-020-00621-x

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