【人物与科研】西南大学刘堂林教授课题组ACS Catal.：铑催化的转移烯基化和转移二烯基化反应研究

导语

醇类化合物的C-C键断裂反应取得了重要进展。近年来，利用β-碳消除来实现非活化醇的C-C键断裂得到了广泛的研究，其中利用β-碳消除的方式有β-芳基、β炔基、β-氰基、β-烯丙基、和β-烷基消除等。然而选择性C(sp³)-C(vinyl)键断裂的β-烯基消除还未报道，同时β-烯基和β-二烯基消除也是C-C键断裂的重要组成部分。近日，西南大学刘堂林教授课题组通过过渡金属铑(I)催化下，高选择性的实现了烯丙基叔醇的β-烯基和β-二烯基消除。相关成果在线发表于ACS Catal.（DOI: 10.1021/acscatal.2c02325）。

前沿科研成果

铑催化的转移烯基化和转移二烯基化反应研究

烯基官能团作为一种具有较大价值的官能团，在合成中受到较大的关注，并且实现烯基化和二烯基化也是一个研究重点。基于目前的研究现状和作者致力于研究过渡金属催化醇的β-碳消除来实现C-C键断裂的基础上。作者发展了利用烯丙基醇的β-烯基消除提供了一个操作简单且新颖的策略直接实现转移烯基化和转移二烯基化反应（图1）。

图1. 烯基官能团的活化策略（来源：Acs catal.）

作者首先以烯丙基叔醇、2,2,2-三氟苯乙酮为原料对反应条件进行了优化，反应在最优条件下以84%的收率得到相应的目标产物α-CF₃-烯丙基醇。为了考察转移烯基化的底物适用范围，作者考察了一系列芳环上含有不同取代基团的2,2,2-三氟苯乙酮和烯丙基叔醇（图2）。首先在2,2,2-三氟苯乙酮的苯环上的邻位、间位、对位上带有不同的取代基时，均能够以中等到良好的产率得到相应的目标产物。随后对烯丙基叔醇进行了考察，其苯环上的取代基无论是吸电子还是供电子取代基都能够衍生出一系列烯基化的产物以及底物中含有噻吩、萘环等芳香环时，这些底物均能顺利反应。当烯丙基叔醇的3位上也有取代基时，也可以得到兼容。

图2. 转移烯基化的底物适用范围研究（来源：Acs catal.）

进一步研究发现，该方法还适用于转移二烯基化反应（图3），且反应均可以一步高效地得到单一的直链产物。这预示着转移烯基化反应有更多的合成应用和研究价值。通过考察转移二烯基化反应的底物适用范围，作者发现带有不同取代基的二烯基叔醇以及2,2,2-三氟苯乙酮均可以顺利反应。其中，当二烯基叔醇的3、4、5位上有取代基时，反应也可以顺利进行。

图3. 转移二烯基化的底物适用范围研究（来源：Acs catal.）

除此之外，作者还考察了其他酮类化合物，对于未活化的酮也可以在铑催化下参与反应（图4）。作者探究了不同取代基的笏酮、苯乙酮以及烷基酮均可以顺利参与反应，得到相应的烯丙基醇类化合物。

图4. 未活化酮的底物适用范围研究（来源：Acs catal.）

最后，作者开展了自由基捕获实验和其他控制实验。结果表明，该反应不会经历自由基历程。根据文献报道和实验结果，作者推测反应机理如下：首先通过COD配体的解离，Rh(I)配合物与烯丙醇的在碱的作用下配位得到活性中间体II。随后经过β-烯基消除得到中间体III，得到的Rh-烯基中间体再通过酮的交换得到中间体IV，然后Rh-烯基中间体与羰基化合物发生亲核加成反应生成烷氧基化合物V，该络合物再进一步质子化后，在释放出Rh催化剂的同时也得到所需的目标产物，从而完成催化循环。根据作者的进一步实验研究，催化循环中的所有步骤都是可逆的。

图5. 可能的催化循环（来源：Acs catal.）

综上，作者发展了铑催化烯丙基叔醇的β-乙烯基和β-二烯基消除实现了的转移乙烯基化和转移二烯基化反应。反应中Rh(I)/DCyPF组合是成功实现C-C键断裂与重组的关键。转移乙烯基化和转移二烯基化的发展不仅丰富了烯丙基醇的合成方法，同时也解决了有机化学中的一个难题，即直接选择性的实现C(sp³)-C(乙烯基)键的断裂。
这一成果近期发表在ACS Catalysis上（ACS Catal. 2022, 12, 7030−7036），该论文第一作者是西南大学硕士研究生刘正强，通讯作者是西南大学刘堂林教授和李清华博士。

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刘堂林教授课题组简介

本课题组主要研究的是金属有机化学。主要从事金属催化的有机合成方法学、不对称合成方法学的开发及应用研究；重要有机化合物分子的手性合成研究。目前的主要研究方向为：1）过渡金属催化的“借氰”反应；2）过渡金属催化的“借芳基”反应；3）烯丙基醇类化合物与鎓离子的新型反应研究。

刘堂林教授简介

刘堂林，教授、硕士研究生导师。2008年（本科）毕业于南开大学，2014年（博士）毕业于武汉大学化学与分子科学学院，师从王春江教授，主要研究催化不对【3+2】环加成合成手性螺四氢吡咯化合物；在此期间，在新泽西州立大学张绪穆教授课题组访问一年，研究催化不对称氢化反应。随后在新加坡国立大学赵宇教授课题组做博士后研究，主要研究烯丙基醇类化合物的催化不对称异构化反应。自2017年9月起加入西南大学化学化工学院开展独立科研工作，教授、硕士生导师。已发表包括J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.，Chem. Sci.、Org. Lett.等学术期刊论文20多篇。

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