銥催化（雜）芳香醛的鄰位C-H鍵烷基化反應

醛基是有機化學中轉化豐富的官能團之一，然而醛基活性高、配位能力弱，很難成為碳-氫（C-H）鍵活化反應中的導向基團。近年來，人們逐步發展了利用該官能團作為導向基團實現鄰近碳-氫鍵金屬化並進一步官能化的方法，然而直接發生（雜）芳香醛的鄰位C-H鍵烷基化成為該領域的一個難點問題。目前，人們已實現了芳基酮及醛的鄰位C-H鍵烷基化、α,β-不飽和酮及醛的β-C-H鍵烷基化。脂肪酮的α-C-H鍵烷基化過程。偶聯試劑往往侷限於活化的烯烴如丙烯酸酯、苯乙烯、烯基錫試劑等。發展多樣化的烷基化試劑參與醛基導向的C(sp

近日，美國普林斯頓大學的Xiao-Yang Chen和Erik J. Sorensen團隊使用烷基硼試劑作為烷基化試劑，實現了Ir(III)催化（雜）芳香醛的鄰位C-H鍵烷基化。該反應以廉價易得的苯胺作為配體，對不同的苯甲醛、雜環醛以及部分α,β-不飽和醛均具有良好的兼容性，烷基三氟硼酸鉀同樣適用於該反應。相關工作發表在Chemical Science上。

圖1. C-H鍵活化的策略。圖片來源：Chem. Sci.

該團隊近年來研究了一系列鈀催化苯甲醛類化合物鄰位C-H鍵的羥基化、甲基化及氟化反應。這些反應通過可逆縮合過程產生瞬態導向基團（TDG）Schiff鹼，Schiff鹼與過渡金屬中心結合，隨後發生芳基C-H鍵鈀化。該團隊一致致力於尋找新的體系來實現醛的鄰位C-H鍵烷基化反應，然而由於β-H消除的存在，一直沒有成功。最近，該團隊設想如果在C(sp³)–C(sp²)鍵的還原消除過程中，過渡金屬處於完全飽和的狀態，可能會抑制β-H消除的發生，而[Cp*IrCl₂]₂可能為合適的催化劑，過渡金屬中心通過Cp*和環狀金屬化官能團達到配位飽和（圖1）。

作者以4-溴苯甲醛作為模板底物，過量的n-BuBF₃K作為烷基化試劑，在[Cp*IrCl₂

圖2. 苯甲醛類底物適用範圍的考察。圖片來源：Chem. Sci.

作者接著考察雜環醛的適用性，同一位置取代基不同，產物的產率相差比較明顯，如產物2a-2d。不管是吡啶類雜環，還是噻吩、吡咯、呋喃等，反應都能以中等到優秀的產率得到單烷基化或雙烷基化產物（圖3）。

圖3. 雜環醛類底物適用範圍的考察。圖片來源：Chem. Sci.

作者接著固定2-氯4-吡啶甲醛作為模板底物，考察烷基三氟硼酸鉀的適用性，從結果可以看出，使用不同的烷基化試劑，產物產率相差較為明顯（圖4）。

圖4. 三氟硼酸鉀適用範圍的考察。圖片來源：Chem. Sci.

為了研究反應的機理，作者製備了C-H鍵銥雜環金屬化絡合物II，並通過X射線單晶衍射確定其結構，接著合成了陽離子I銥絡合物III，其與n-BuBF₃K反應得到產物1a。金屬絡合物II的分離證明反應經歷了C-H鍵插入機理，而不是Ir(III)催化劑對缺電子烯烴的簡單共軛加成路徑（圖5）。

圖5. 反應機理的研究。圖片來源：Chem. Sci.

以上作者考察的底物都是芳香醛，作者接著對簡單的α,β-不飽和醛參與的反應也進行了嘗試，雖然能順利得到最終產物，但是產率都比較低（圖6）。

圖6. α,β-不飽和醛參與反應的初步探討。圖片來源：Chem. Sci.

總結

Xiao-Yang Chen和Erik J. Sorensen團隊使用烷基三氟硼酸鉀作為烷基化試劑，發展了Ir(III)催化（雜）芳香醛的鄰位C(sp²)-H鍵烷基化反應，並初步嘗試了α,β-不飽和醛的β-C-H鍵烷基化。反應中[Cp*IrCl₂]₂作為催化劑，與苯胺結合後可促進C(sp³)–C(sp²)鍵的還原消除，並抑制了β-H消除的過程，可用於高效製備單烷基化和雙烷基化產物，該反應為含有芳香醛結構分子的C(sp²)-H鍵烷基化後期修飾提供了一種很好的方法。

原文

Ir(III)-catalyzed ortho

Chem. Sci., 2018, DOI: 10.1039/c8sc03606c

導師介紹

Erik J. Sorensen

http://www.x-mol.com/university/faculty/665

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關鍵字: 導向 氫鍵 基團