【有机】ACS Catalysis：利用镍/光双催化实现氧杂/氮杂双环衍生物的开环烯丙基化反应

利用过渡金属催化氧/氮杂双环衍生物的开环反应是一步构建具有多个立体中心环状或非环状化合物的有效策略。氧/氮杂苯并降冰片二烯衍生物，由于其双环刚性骨架结构以及杂原子的存在，可以高区域选择性和高立体选择性地实现开环反应。近些年，过渡金属催化的开环反应受到了广泛关注，其可以利用多种亲核试剂参与反应从而构建新的C-C键和C-X键。而过渡金属催化的开环烯丙基化反应却关注较少（Scheme 1A， 1B），且目前报道的反应中亲核试剂均需要通过卤化物进行合成。

最近，利用光催化实现合成转化引起了广泛的关注。利用光和金属共催化可以在较温和条件下实现别的催化体系所不能实现的合成转化。此外，还可以避免使用化学计量的金属还原剂，具有较大的优势。近期，法国诺曼底大学Jean-Luc Renaud课题组与加拿大多伦多大学Mark Lautens课题组联合报道了基于光/镍共催化，利用烯丙基乙酸酯实现氧/氮杂苯并降冰片二烯衍生物的高区域选择性和非对映选择性开环烯丙基化反应。相关成果发表在ACS Catal. 2022, 12, 3681−3688上（Scheme 1C）。

（图片来源：ACS Catal.）

作者首先以氧杂苯并降冰片二烯1a和烯丙基乙酸酯2a作为模板底物进行条件筛选（Table 1），得到的最优反应条件为：10 mol% NiCl₂(DME)、10 mol% 2,2’-联吡啶、1 mol% [Ir(ppy)₂(dtbbpy)]PF₆，3.0 equiv DIPEA、脱气DMF作溶剂，在455 nm蓝光下反应16 h，可以以96%的核磁收率得到顺式1,2-二氢萘酚产物3a。

（图片来源：ACS Catal.）

随后，作者又分别对苯并降冰片二烯（Scheme 2）和烯丙基乙酸酯（Scheme 3）的底物范围进行了探索。总体来说，反应具有较好的底物适应性和官能团兼容性。当在反应中使用非对称氧杂苯并降冰片二烯作为起始原料时，开环产物通常观察到两个异构体（比例通常为1:1）。

（图片来源：ACS Catal.）

（图片来源：ACS Catal.）

接下来，作者尝试利用环状碳酸酯作为烯丙基化试剂进行反应，同样可以实现此烯丙基开环反应，分别以69%和86%的产率得到烯丙基醇产物6a和6b。值得注意的是，这在前面的文献报道中是无法合成的产物（Scheme 4）。

（图片来源：ACS Catal.）

为了深入探索反应机理，作者进行了一系列控制实验（Scheme 5）。通过实验得出以下结论：1）低价镍物种与烯丙基酯的氧化加成可能形成π-烯丙基镍中间体（Scheme 5A）；2）反应中开环过程可能涉及两种不同的途径（Scheme 5B）；3）π-烯丙基自由基不参与该过程，其中光敏剂可能只参与还原镍物种（Scheme 5C）；4）证明了π-烯丙基镍中间体的形成（Scheme 5D）；5）光对此转化的实现至关重要（Scheme 5E）。

（图片来源：ACS Catal.）

最后，作者对提出了可能的反应机理。该反应主要经历氧化加成、碳-镍化、β-O消除、单电子还原等过程，从而实现了产物1,2-二氢萘酚的合成（Figure 1）。

（图片来源：ACS Catal.）

总结：

法国诺曼底大学Jean-Luc Renaud课题组与加拿大多伦多大学Mark Lautens课题组联合报道了高效的镍/光双催化体系，高区域选择性和非对映选择性地实现氧/氮杂苯并降冰片二烯的烯丙基开环反应。该反应条件温和，具有较好的底物适应性和官能团兼容性，与之前报道的方法相比较具有较大的优势。机理研究表明开环过程最可能是通过碳-镍化过程实现。

论文信息：

Dual Ni/Organophotoredox Catalyzed Allylative Ring Opening Reaction of Oxabenzonorbornadienes and Analogs

Abdoul G. Diallo, Déborah Paris, Djiby Faye, Sylvain Gaillard, Mark Lautens,* and Jean-Luc Renaud*

ACS Catal. DOI: 10.1021/acscatal.2c00512

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