【人物与科研】南京农大吴磊教授课题组：联萘基纳米钯催化炔基化和高选择性加氢串联反应构筑磷酰基(Z)-[3]Dendralenes

导语

近年来，dendralenes作为一类非环交叉共轭低聚烯烃，因其独特的结构和应用价值受到越来越多研究者的关注。尽管(Z)-[3]dendralenes广泛存在于天然产物如植物精油、胆红素中，其立体选择性合成仍然是最具挑战性的领域，特别是(Z,Z)-[3]dendralenes的合成方法目前只有两例报道，但其立体选择性较差或产率低下。吴磊教授课题组在早期发展的联萘基钯纳米催化剂（Advanced Synthesis & Catalysis, 2016, 358, 3039; Catalysis Science & Technology, 2017, 7, 5515）以及磷酰基[3]dendralenes（ACS Catalysis, 2017, 7, 181）的研究基础上，成功发展了以联萘基钯纳米催化剂串联炔基化和高选择性氢化反应，实现了(Z)及(Z,Z)-[3]dendralenes的高立体选择性合成。该论文还创新性开展了(Z)-[3]dendralenes的多种衍生化研究。相关工作发表于Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02287）。

吴磊教授课题组简介

吴磊教授课题组近年来围绕功能性有机膦化合物与杂环化合物的合成方法和纳米催化材料等领域开展研究，在ACS Catal., Org. Lett., Chem. Commun., Org. Chem. Front., Adv. Synth. Catal., Catal. Sci. Technol., J. Org. Chem., Chem. Eur. J.等国际期刊系统发表多篇成果。

吴磊教授课题组近年研究成果

吴磊教授简介

吴磊，1980年生，南京农业大学教授、博士生导师，理学院副院长。2007年博士毕业于中国科学院化学研究所，师从范青华研究员。2007-2010在美国Syracuse University 和University of Notre Dame从事博士后研究，2010 -2012任职于哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院（哈工大“百人计划”引进），2012年8月入职南京农业大学。先后入选江苏省“青蓝工程”、江苏省“333高层次人才培养工程”和获得南京农业大学“优秀研究生教师”等称号。主要研究方向为杂原子化学和金属纳米催化材料，先后主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、教育部留学回国人员科研启动项目、南京农业大学高层次引进人才启动基金、哈尔滨工业大学引进人才启动基金等多项科研项目，已在ACS Catal., Org. Lett., Chem. Commun., J. Org. Chem., Chem. Eur. J., Adv. Synth. Catal., Catal. Sci. Technol.等国际权威期刊以通讯作者发表SCI论文四十余篇，H指数为20，他引1000余次，3篇研究论文入选“ESI高被引论文”。为《有机化学》、《化学学报》、ACS Catal.、 Green Chem.、Org. Lett.、Adv. Synth. Catal.、Chem. Eur. J.等国内外SCI期刊审稿人。

前沿科研成果

联萘基纳米钯催化炔基化和高选择性加氢串联反应构筑磷酰基(Z)-[3]Dendralenes

如图1所示，作者首先尝试在氢气球的条件下，以2 mol％Bin-PdNPs （联萘基纳米钯）为催化剂，以磷氧取代联烯（1a）和苯乙炔为底物对反应进行优化。如图2所示，溶剂和碱对反应起着至关重要的作用。作者在溶剂DMF中发现最优条件，以83％的收率得到目标产物2a。同时，作者在条件探索的过程中观察到进一步氢化的产物2a'和2a”。值得一提是，非均相Lindlar和Pd/C催化剂都没有表现出对该串联反应的催化活性。均相催化剂Pd(PPh₃)₄和Pd(PPh₃)₂Cl₂虽然得到了一定量的2a，但其催化效率和区域选择性无法控制。

图1 Bin-PdNPs催化磷氧取代联烯与苯乙炔的串联反应

（来源：Org. Lett.）

图2 条件筛选

（来源：Org. Lett.）

在确定最优反应条件后，作者首先对炔烃底物的适用性进行了研究（图3）。通常，对于芳基炔烃，观察到给电子效应。芳基炔的对位取代基具有给电子基团（例如甲基，乙基，叔丁基，苯基和甲氧基）时，反应都能得到相当好的产率（2b-f），特别是，对位为甲氧基时，反应得到91％的产率。芳基上含有吸电子取代基时，包括p-F，p-CN和p-NO₂，不利于反应的发生，仅得到中等的产率，对位为苯基时可能由于空间位阻的原因导致产率下降。同时，对位为酯基时，也能得到80％的产率。该反应的温和与高选择性也能通过带有硝基的底物来说明，硝基基团在最终产物（2j）中得以保持。值得一提的是，该方法同样适用于杂芳族炔，3-吡啶基和2-噻吩基炔也能得到中等至良好的产率（2m和2n），从而得到一类新的杂环取代Dendralenes。脂肪族炔烃，如异丙烯基乙炔和1-辛炔也能实现反应，值得注意的是，在使用异丙烯基乙炔的情况下，远端非共轭的双键也被氢化，以72％的产率得到化合物2o。

图3 底物普适性研究

（来源：Org. Lett.）

接下来，作者对联烯末端为脂环族化合物的反应进行研究，结果显示，反应都能以较优的产率和化学选择性端得到相应的产物。值得一提的是，R₁和R₂基团的变化将立体多样性产生Z,Z-[3]dendralenes。当使用非对称的磷氧取代联烯与不含取代基的芳族炔烃反应时，反应以较高的化学选择性得到Z,Z构型的目标产物。芳基炔烃上含有吸电子基时，如氟取代显著降低了选择性， 然而含有给电子基时，如使用对甲氧基苯基和β-萘基的炔烃底物，对应产物的Z,Z构型的比例得以提高。磷氧取代联烯的末端含有非对称的链状烷基时，其立体选择性很差。

图4 底物普适性研究

（来源：Org. Lett.）

为了进一步证明该反应的潜在应用价值，作者对反应进行了克级放大并创新性开展了(Z)-[3]dendralenes的多种衍生化研究（图5）。

图5 克级反应以及产物衍生化

（来源：Org. Lett.）

综上所述，作者基于联萘基纳米钯催化剂（Bin-PdNPs）的高效催化能力，发展了一种新的高效选择性合成磷酰基-Z和Z,Z-[3]dendralenes的策略。该反应将炔基化和高选择性氢化反应串联进行，具有良好的官能团耐受性和产率。合成了一系列结构新颖的Z-[3]dendralenes和Z,Z-[3]Dendralenes化合物。该方法反应条件温和、操作简便且化学选择性高，拓展了dendralenes的合成方法。

这一成果近期发表于Organic Letters（DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02287）。该研究工作主要有吴磊教授课题组2017级博士研究生夏运涛完成，并得到课题组其他研究生和本科生的协助，吴磊教授为文章的通讯作者。上述研究工作得到了江苏省自然科学基金，中央高校基本科研业务费，江苏省高校青蓝工程，江苏省“333高层次人才培养工程”的资助。

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