JACS：铑(III)催化的电氧化C-C烯基化

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C-H键活化是近年来发展最迅速的研究领域之一。相比而言，C-C键催化活化虽然也取得了相当大的进展，但仍在很大程度上依赖于昂贵且有毒的过渡金属氧化剂。与此同时，电催化被认为是一种切实可行的方法，可避免有机合成中化学计量氧化还原试剂的使用。

近日，德国哥廷根大学Lutz Ackermann教授课题组开发了首例电化学促进、铑(III)催化的C-C烯基化反应。该反应无须使用化学计量的金属氧化剂，且具有优异的化学和位置选择性，H₂是唯一的副产物。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.8b13692）。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

首先，作者以叔苄醇1a为模型底物对电氧化C-C官能化的反应条件进行了筛选（Table 1）。结果显示，以[Cp*RhCl₂]₂为催化剂、Pt\RVC为电极、KOAc为添加剂、t-AmOH/H₂O为溶剂，100 ℃下反应可以最好地实现所需的转化，以82％的产率获得目标产物3aa。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

之后，作者考察了1中离去基团对反应的影响（Scheme 3）。在优化的反应条件下，含芳基或烷基的叔醇和仲醇可顺利发生C-C烯基化反应。相反，伯醇或醚的反应性较差。以亚胺为离去基团，反应可以50％的产率得到所需产物3da。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

进一步，作者考察了芳烃1中取代基的影响（Scheme 4）。结果显示，取代基的位置对反应没有明显影响。除吡唑基芳烃1a-1f外，吲唑基和吡啶基取代的芳烃1g和1h-1l也可发生C-C烯基化，且反应具有良好的化学和位置选择性。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

接下来，作者将注意力转向了烯烃2的底物范围（Scheme 5）。带有吸电子或给电子取代基的苯乙烯2能顺利反应得到相应产物3。卤素、氰基等取代基可完全耐受。丙烯酸酯2p和乙烯基膦酸酯2q也是合适的反应底物。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

值得注意的是，通过C-H活化不能获得的1,2,3-三取代芳烃可以通过这一C-C官能化反应来合成，更加突出了该C-C官能化方法的独特能力（Scheme 6）。作者发现，吡唑基团可被无痕地去除。该电化学C-C官能化反应可以很容易地在克级规模下进行，即使降低催化剂负载量，也不会损害催化剂的功效（Scheme 7）。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

最后，作者对反应的关键机制进行了系统研究（Scheme 8）。竞争反应结果显示，富电子芳烃和富电子苯乙烯对反应有利。C-C和C-H官能化的竞争实验结果显示，C-C活化比相应的C-H活化更快发生。当在同位素标记的D₂O下进行C-C烯基化时，作者没有观察到明显的氘掺入。此外，顶空气相色谱分析结果证实，H₂是反应副产物。催化剂6a和6b也被证明同样有效。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

作者还比较了电化学C-C活化和氧化剂参与的C-C活化的反应效果。结果显示，反应以乙酸铜(II)或乙酸银(I)为氧化剂时，3aa的产率显著降低（Scheme 9）。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

此外，作者对反应的机理进行了研究。在机理研究的基础上，作者提出了电催化C-C烯基化的催化循环历程（Scheme 10）：[Cp*RhCl₂]₂催化底物1转化为中间体7，从而为C-C裂解奠定基础；7经C-C活化转化为8；8与2发生烯烃迁移插入得到9；9失去乙酰氧基得到10；随后，10经β-氢化物消除和还原消除反应得到铑(I)中间体11和产物3；最后，铑(I)中间体11在阳极发生氧化，再生出铑(III)催化剂。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

结语：德国哥廷根大学Lutz Ackermann教授课题组首次开发了电化学促进、铑(III)催化的C-C烯基化反应，H₂是唯一的副产物。该反应可用于合成C-H活化所不能合成的1,2,3-三取代芳烃。

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