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【有机】南京工业大学吴晓进教授课题组:末端烯烃延迟还原Heck 1,1-双芳基化反应

吴晓进教授课题组 CBG资讯 2022-10-17

烯烃的区域选择性双芳基化是快速构建复杂分子的有效方法。据报道,大多数过渡金属催化的 1,1-双芳基化是用活化的烯烃进行的,它们在区域选择性插入中具有内在偏差,但对于未活化的脂肪族烯烃的1,1-双芳基化,由于其反应的活性低、区域选择性差仍具有极高挑战。吴晓进课题组利用8-氨基喹啉的配位导向实现了惰性末端烯烃1,1-双芳基化,这种方法克服了竞争性的单芳基的Heck和还原Heck反应、双芳基Heck反应以及邻位的1,2-双芳基化反应,通过延迟Heck反应策略,选择性的生成具有化学、区域选择性的对称、不对称的1,1-双芳基加成产物,相关成果发表在Organic Letters(DOI: 10.1021/acs.orglett.2c02416)。


图一:研究方法的突破(来源:Organic Letters


作者首先以溴苯,8-氨基喹啉导向的脂肪链惰性烯烃作为原料对反应条件进行了优化,在反应最优条件为7.5 mol% [PdCl(C3H5)]2, 15 mol% DPEPO, (p-OH-C6H4-COOH/CH3OLi) = 4:12, 2,3-butanediol在130 ℃下得到几乎单一的区域选择性产物,产率89%。为考察为了考察底物的适用范围,作者首先对单一芳基卤化物进行了底物拓展(图2),对位取代的芳烃,不论是吸电子、给电子以及大位阻的官能团均以较好的产率得到对称的1,1-双芳基加成产物。同时间位、邻位、多取代以及杂环芳基溴化物都能顺利进行反应。


图二:对称1,1-双芳基化底物拓展范围(来源:Organic Letters


紧接着作者在反应体系中额外添加了一种芳基溴化物,以实现不对称的双芳基化(图三)。在标准条件下,当中性的溴苯作为一种溴化物时,4-溴联苯、4-叔丁基溴苯、4-甲氧基溴苯、3-甲氧基溴苯均可以顺利反应(4a-d)。同时在一个体系中添加含给电子和吸电子基团芳基溴化物,反应仍以中等产率得到了不对称的1,1-双芳基产物(4e-h)。接下来,作者对烯烃进行了拓展,α-取代烷基、α-取代芳基的烯烃均以较好的产率得到了相应的对称产物(图四)。


图三:不对称1,1-双芳基化底物拓展范围(来源:Organic Letters


图四:烯烃底物拓展范围(来源:Organic Letters


最后,作者对该方法的机理进行了探究(图五),作者首先设想了三种反应的中间过程(eq 1),经过推理否定了Pd-H的移位插入和四价钯的过程(Path A & B)。而Path C中反应中间体先经历还原消除,然后再经历芳基溴化物氧化加成,最终通过还原消除得到产物,更符合机理实验的验证。紧接着作者一系列氘代反应验证,以及使用中间体直接进行反应,对实验机理进行进一步验证。


图五:反应机理研究(来源:Organic Letters


根据文献报道和机理研究实验,作者提出了可能的反应机理(图六)。原位生成的Pd0,与芳基溴化物发生氧化加成,然后经历配体交换、去卤素原子,1,2-移位插入,得到六元环中间体A,然后经β-H消除、还原消除得到中间体B,然后再与另一个芳基溴化物进行相同反应过程,得到中间体C,最后在氢负供体2,3-butanediol提供的氢负下进行还原消除得到产物。


图六:机理研究(来源:Organic Letters


综上,作者通过导向基团配位导向实现了惰性末端烯烃与两种芳基亲电试剂具有化学和区域选择性的1,1-双芳基化反应,可以快速合成对称和不对称δ,δ-双芳基烷基羧酸衍生物,为双芳基化反应提供了新的合成思路。

课题组简介:
吴晓进课题组立足于“新医药”和“新材料”的产业化需求,研究医药和有机材料中间体合成新方法的设计与应用,开发高效,绿色环保的新型制备工艺。目前研究方向主要集中于(1)过渡金属催化的新型有机反应的设计、机理研究以及在药物合成中的应用,目前重点研究钯催化下的新型自由基反应和惰性双键的官能化反应,医药中间体和原料药的合成工艺开发;(2)膜催化技术在有机偶联反应中的应用研究。(3)设计合成新型的有机光电功能材料及探讨其在材料工程上的应用,重点研究具有自由基性质的有机材料。


吴晓进教授简介:

2016.09 –至今      南京工业大学,先进化学制造研究院(IAS),教授
2015.03 – 2016.08   新加坡国立大学(NUS),研究员
2014.10 – 2015.02   新加坡南洋理工大学 (NTU),助理研究员
2010.08 – 2014.08   新加坡南洋理工大学 (NTU),博士
2007.09 – 2010.06   苏州大学,硕士
2003.09 – 2007.06   苏州大学,学士


吴晓进教授近几年的研究成果主要集中于(1)过渡金属催化的新型有机反应的设计、机理研究以及在药物合成中的应用;(2)膜催化技术在有机偶联反应中的应用研究;(3)设计合成新型的有机光电功能材料及探讨其在材料工程上的应用,重点研究具有自由基性质的有机材料。近年来共发表SCI论文20余篇,其中近五年在国际著名刊物如Journal of American Chemical Society 发表封面论文 1 篇,Angewandte Chemie International Edition发表论文3篇,ACS Catalysis发表论文2篇, Green Chemistry 发表论文1篇,Organic Letters发表论文3篇,Chemical Communications发表论文3篇,Chemistry A European Journal发表论文2篇。其中多篇文章被SynfactSynform收录讨论,研究成果被编入《有机人名反应,试剂与规则(第二版)》参考书中。相关核心技术被“中国化工报”和“江苏科技报”亮点报道。申请授权发明专利8项。2015年获得CRC Press Chemistry Achievement Award,2016年成功申请到国家自然科学基金项目和江苏省自然科学基金项目,并于2017年入选江苏省“双创人才计划”。长期担任“Frontiers in Chemistry”和“World Journal of Applied Chemistry”的青年编委。
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