【人物与科研】浙江师范大学彭勃课题组：芳基高价碘的脱芳构化双官能团化反应

导语

脱芳构化反应可以直接将简单易得的芳烃，转化为附加值更高的脂肪碳环化合物。因此，该类反应通常具有较高的步骤经济性，成为复杂分子合成中难以替代的合成方法。尽管这一领域取得了较大发展，但建立新型脱芳构化反应模型仍然充满挑战。近日，浙江师范大学彭勃课题组通过重排反应，实现了芳基高价碘的脱芳构化双官能团化反应，构建了新的脱芳构化反应模型。相关成果在线发表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.201909019）。

彭勃课题组简介

课题组成立以来，一直从事高活性有机中间体的选择性转化研究。近期，课题组在芳烃重排化学中取得进展，建立了“组装/脱质子”型的重排反应学模型。目前，在课题组已在国际知名学术期刊发表论文20余篇，包括 J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际知名期刊。课题组目前有讲师2名、硕士12名。

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彭勃教授简介

彭勃，浙江师范大学化学与生命科学学院教授，课题组长。2004年本科毕业于南京理工大学。2004年至2010年在大连理工大学攻读博士学位（导师：包明教授）。2011年至2014年，先后在德国马普煤炭研究所和美国伊利诺伊大学香槟分校，从事博士后研究工作。2015年被浙江师范大学聘为教授。同年入选浙江省“钱江学者”特聘教授、2016年入选浙江省省新世纪151人才工程第一层次、2018年入选“院士结对培养青年英才计划”、2019年获浙江省杰出青年基金。

前沿科研成果

芳基高价碘的脱芳构化双官能团化反应

图1. 研究设想（eq 1）、前期工作(eq 2)及初步探索(eq 3)

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

近年来浙江师范大学彭勃课题组围绕芳烃σ重排化学开展研究，发现了重排反应中的“张力加速效应”和“氟效应”。借助这两种效应，该课题组发展了多种类型的芳烃σ重排反应（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4211; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 9078; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5316; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5956）。受上述研究的启发，课题组设计了一种经由“重排/加成”的新型脱芳构化过程（图1，eq 1）：芳基高价碘与第一种亲核试剂（Nu¹）发生重排，构建脱芳构化中间体I；进而引入第二种亲核试剂（Nu²）捕捉中间体I，给出双官能团化脱芳构化产物，由此实现芳基高价碘的脱芳构化。但实现该设想，必须满足如下条件：（1）重排步骤必须在低温下、快速进行，否则将面临脱芳构化中间体I分解的风险；（2）第一种用于重排的亲核试剂（Nu¹），能够高速与亲电性的高价碘反应，但同时必须对，同样具有亲电性的脱芳构化中间体I没有任何活性；（3）第一种亲核试剂（Nu¹），必须是有较高合成价值的官能团。此前，课题组发展了芳基高价碘与α-锡基腈的[3,3]- σ 重排反应（图1，eq 2）(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 9078)。该重排反应在“张力加速效应”的作用下，能够在极低的温度下快速完成（-78°C, 5 min），且亲核试剂α-锡基腈对亲电性官能团有一定的兼容性。此外，氰基较容易转化为其他种类的官能团，具有重要的合成价值。因此，α-锡基腈顺理成章地成为了，实现芳基高价碘脱芳构化设想的，用于重排的亲核试剂（Nu¹）。简单探索后，他们发现Et₃SiH可以捕捉芳基高价碘的脱芳构化中间体，给出脱芳构化产物3aa（图1，eq 3）。由此，该课题组实现了芳基高价碘的首例脱芳构化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201909019）。

图2. 芳基高价碘及α-锡基腈的底物范围

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

课题组通过后续底物适用范围研究发现，该反应具有如下特点（图2）：（1）反应只给出1,4-双官能团化产物，未发现1,2-双官能团化产物；（2）在芳基高价碘邻位含不同取代基的情况下，反应给出专一的区域选择性产物（除邻位含甲基、乙基的芳基高价碘），这表明无论是第一种亲核试剂，还是第二种亲核试剂，在相应的反应步骤中，都给出了专一的区域选择性；（3）反应具有优异的官能团兼容性，例如苄基氯、α,β-不饱和酯等亲电性较高的官能团，甚至是容易被高价碘氧化的烯烃、杂芳烃都能兼容下来。因此，反应具有较宽泛的底物适用范围。

图3. 第二种亲核试剂的适用范围

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

更让人激动的是，除上述还原剂（Et₃SiH），其他种类的亲核试剂，包括富电子芳烃、烯烃、烯丙基硅、TMSCN，烯醇硅醚以及杂原子亲核试剂都适用于该反应（图3）。因此，该反应可以由简单的芳基高价碘，直接构建结构种类丰富的多取代脂肪碳环化合物。

接下来，课题组还尝试借助低温核磁，探索脱芳构化中间体的结构及性质（图4，eq 4）。出乎意料的是，低温核磁实验并没有发现预计的中间体II，而观察到TMSOAc取代的含一价碘的脱芳构化中间体IM。该中间体可被Et₃SiH还原，也可在TBAF的作用下，释放TMS给出OAc取代的脱芳构化产物4l。中间体IM的稳定性测试表明，IM在-40或-20 °C下放置1小时，将发生不同程度的分解，导致的脱芳构化产物的产率大幅下降。这表明该脱芳构化中间体并不稳定，需要在极低的温度下进行转化。

图4. 脱芳构化中间体IM的观察及中间体稳定性测试

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

该项研究借助高速重排反应，实现了芳基高价碘的首次脱芳构化，建立了一种新型双官能团化脱芳构化反应模型，为芳基高价碘的转化，提供了新的发展思路。相关结果发表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.201909019）。浙师大硕士研究生赵伟钊、黄鑫老师，为本论文共同一作。研究工作得到了国家自然科学基金青年基金项目（21502171）的资助。

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