JACS | 基于配体的位阻设计实现丙烯酰胺与普通烯烃的Z选择性烯烃复分解反应

大家好，今天给大家带来的文章是发表在JACS上的研究进展，题为：Efficient Z‑Selective Olefin-Acrylamide Cross-Metathesis Enabled by Sterically Demanding Cyclometalated Ruthenium Catalysts。在本研究中，作者对钌催化剂上的氮杂环卡宾进行了结构调整，通过引入大位阻的金刚烷基实现了丙烯酰胺的Z选择性烯烃复分解反应。文章的通讯作者是来自美国加州理工大学的Robert H. Grubbs。

烯烃复分解反应在有机化学以及高分子化学中的重要性不言而喻。在有机化学中，烯烃复分解不仅能够合成结构多样的烯烃，尤其在天然产物全合成中，烯烃复分解关环反应能够非常高效地构筑7元环系结构。在高分子化学中，烯烃复分解反应能够通过开环易位聚合实现高聚合度的碳链高分子。从立体化学的角度，烯烃的合成重点是立体化学的选择性，即Z/E选择性。受限于热力学的影响，一般的烯烃复分解反应其产物都是以E选择性为主导，因此，想通过烯烃复分解实现Z选择性的烯烃合成一直是一个挑战。此前，Hoveyda通过钼基催化剂上配体的位阻引入，实现了钼催化的Z选择性的烯烃复分解反应。但是，上述工作未能解决丙烯酰胺的Z选择性问题，因为，一般烯烃的Z选择性，其热力学上的能差一般在1 kcal/mol左右，有着较为轻松的调控空间。但是，对于丙烯酰胺，其羰基的存在使得烯丙基1，3位有着巨大的位阻排斥，导致在热力学上其Z/E的热力学能差能达到3 kcal/mol。因此，想逆转其选择性，比一般的烯烃选择性更为困难（图 1）。

图1. 丙烯酰胺的Z选择性复分解的合成难点

因此，作者基于之前开发的钌催化剂，对催化剂上的氮杂环卡宾进行了结构设计。作者认为，在原有的催化剂结构上引入更大位阻的芳基取代基，不仅能够提高Z/E选择性，还能克服之前催化剂对带有亲电基团（羰基）的烯烃的不兼容的问题。其催化剂有两个特点：1. 芳基上带有对称的大位阻基团；2. 其催化剂的阴离子必须是叔戊酸根（图 1，图 2）。总之，作者就是把这个催化剂做出来了，实现了丙烯酰胺的Z选择性烯烃复分解反应。

图2. 作者的设计以及催化剂合成

接下来就是常规的底物拓展（图 3），作者拓展了丙烯酰胺与普通烯烃的底物反应，笔者不打算赘述，请读者们自行阅读。作者同时与Houk合作，对该反应的反应机理进行了相应的计算。在计算部分，作者需要解决两个问题，第一：其丙烯酰胺的交叉复分解Z/E选择性来自哪里；第二：烯烃与丙烯酰胺的交叉复分解如何克服普通烯烃自身的复分解反应。DFT显示，其较好的Z/E选择性以及交叉复分解的选择性都是来自于叔戊酸根。这是因为，叔戊酸根能与丙烯酰胺的N-H有着很好的氢键作用，在动力学上实现了选择性（图 4）。

图3. 底物拓展

图4. DFT计算

总之，作者通过合成结构新颖的大位阻钌催化剂，实现了丙烯酰胺与普通烯烃的Z选择性交叉复分解。拓展了复分解的底物范围，同时，DFT计算显示其较好的动力学选择性来自于叔戊酸根配体与丙烯酰胺的氢键作用。

作者：TZY  审校：WS

DOI: 10.1021/jacs.0c11334

Link: https://doi.org/10.1021/jacs.0c11334