【有机】JACS：催化、逆热力学位置的烯烃异构化

烯烃作为一类通用的化学结构单元，其C=C双键的位置异构化能够实现烯烃区域异构体的相互转化，从而可以进一步衍生为高附加值化合物。烯烃位置异构化反应通常可以通过涉及极性或者自由基中间体的金属氢化物或者π-烯丙基金属的途径实现（Figure 1A）。烯烃异构化产物的选择性可由热力学或动力学因素控制（Figure 1B）。这一领域已经取得了很多的成就，如远程链行走、单体异构化、顺反异构化等，然而烯烃逆热力学位置的异构化仍未得到充分研究。

热力学驱动的烯烃异构化反应，双键在碳链上的迁移过程是可逆的，且通常是由不太稳定的异构体（如末端烯烃或者非共轭烯烃）转化为更稳定的异构体（如内烯烃或者共轭烯烃）。然而，由内烯烃或者共轭烯烃获得末端烯烃或者非共轭烯烃通常需要多步的氧化还原或者连续的去质子化-质子化过程，以及消耗当量的化学试剂才得以实现。此类方法的反应条件较为苛刻、选择性较差，限制了其在有机合成中的应用。远程功能化策略可以通过将可逆的链行走异构化与不可逆的末端选择性功能化步骤相结合，从而获得逆热力学异构化的产物。然而，这种方法尚未广泛地与多种功能化反应相结合，在一定条件下，还需要去官能化过程来获得末端烯烃产物。大多数情况下，末端和非共轭烯烃是由过渡金属或主族氧化物驱动下羰基等价物的烯烃化制备而成。

光化学为促进烯烃的逆热力学异构化反应提供了新契机，研究人员利用光化学手段已经开发了多种促进逆热力学(E)/(Z)-烯烃异构化的方法，但是烯烃去共轭化的反应报道极少。例如，某些α,β-不饱和羰基化合物在254 nm紫外灯辐射下可以异构化为β,γ-异构体；苯乙烯可以在强氧化、电子转移引发的条件下发生去共轭化。虽然这些特殊的手段可以使烯烃的去共轭化反应得以实现，但是基于能量转移和电子转移的去共轭机理将反应的底物范围分别限制在高度缺电子和富电子的底物上，这限制了这些方法的广泛应用。

Figure 1. Previous and current approaches to alkene isomerization

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

最近，美国麻省理工学院的Alison E. Wendlandt教授课题组开发了一种光促进的内烯烃通过逆热力学异构化反应制备末端烯烃的新方法（Figure 1C）。反应涉及了不可逆的氧化加成和还原消除的过程，即通过中性H原子攫取，然后通过过渡金属助催化剂的内界烯丙基自由基还原来实现C-H键的“氧化加成”；π-烯丙基金属中间体通过M-C键质子化过程以及电子转移或均裂取代进行“还原消除”。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc. 上（DOI: 10.1021/jacs.1c12043）。

首先，作者以1-(2-甲基-1-丙烯基)-4-苯氧基苯（1a）为反应模板，对反应条件进行了优化（Figure 2）。通过对反应条件的筛选，得出最佳反应条件：Co(dmgH)(dmgH₂)Br₂（Co−H, 5 mol%），Na₄W₁₀O₃₂/(Bu₄N)₄W₁₀O₃₂（NaDT/TBADT, 4 mol%），2,4,6-三异丙基苯二硫化物（TripS₂, 5 mol%），丙酮作为溶剂，390 nm的近紫外LED灯照射，室温条件下反应18 h。

Figure 2. Reactioncondition optimization

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

在获得了最优的反应条件之后，作者对底物的适用范围进行了研究（Figure 3）。研究发现苯乙烯衍生物可以很好地发生去共轭化反应；烯烃取代基的电子效应对反应性和选择性影响并不明显；二烯、烯炔、烷基烯烃、萜烯也可以顺利地发生反应；一些复杂的烯烃分子也可以参与反应。此外，利用该方法可以方便地获得非天然的去氢氨基酸衍生物。

Figure 3. Substrate scope with conjugated alkenes

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

通过机理控制实验的探究（Figure 4），作者推测反应是经历了烯丙基钴肟(III)中间体的区域专一性双分子均裂取代（S_H2'）过程进行的。

Figure 4. Mechanistic Studies

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

小结：美国麻省理工学院的Alison E. Wendlandt教授课题组利用一种双催化体系在光照下实现了内烯烃通过逆热力学异构化反应到末端烯烃的转化。该方法条件温和，具有很好的底物适用性，多种共轭的富电子/缺电子烯烃以及复杂分子均可参与反应。机理研究表明，该反应经历了烯丙基氢原子攫取以及烯丙基自由基与催化剂加成形成烯丙基钴肟中间体的过程，并通过区域专一性氢原子取代生成末端烯烃异构体。

论文信息：

Catalytic, contra-Thermodynamic Positional Alkene Isomerization

Gino Occhialini, Vignesh Palani, and Alison E. Wendlandt*

J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/jacs.1c12043

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