铱催化（杂）芳香醛的邻位C-H键烷基化反应

醛基是有机化学中转化丰富的官能团之一，然而醛基活性高、配位能力弱，很难成为碳-氢（C-H）键活化反应中的导向基团。近年来，人们逐步发展了利用该官能团作为导向基团实现邻近碳-氢键金属化并进一步官能化的方法，然而直接发生（杂）芳香醛的邻位C-H键烷基化成为该领域的一个难点问题。目前，人们已实现了芳基酮及醛的邻位C-H键烷基化、α,β-不饱和酮及醛的β-C-H键烷基化。脂肪酮的α-C-H键烷基化过程。偶联试剂往往局限于活化的烯烃如丙烯酸酯、苯乙烯、烯基锡试剂等。发展多样化的烷基化试剂参与醛基导向的C(sp

近日，美国普林斯顿大学的Xiao-Yang Chen和Erik J. Sorensen团队使用烷基硼试剂作为烷基化试剂，实现了Ir(III)催化（杂）芳香醛的邻位C-H键烷基化。该反应以廉价易得的苯胺作为配体，对不同的苯甲醛、杂环醛以及部分α,β-不饱和醛均具有良好的兼容性，烷基三氟硼酸钾同样适用于该反应。相关工作发表在Chemical Science上。

图1. C-H键活化的策略。图片来源：Chem. Sci.

该团队近年来研究了一系列钯催化苯甲醛类化合物邻位C-H键的羟基化、甲基化及氟化反应。这些反应通过可逆缩合过程产生瞬态导向基团（TDG）Schiff碱，Schiff碱与过渡金属中心结合，随后发生芳基C-H键钯化。该团队一致致力于寻找新的体系来实现醛的邻位C-H键烷基化反应，然而由于β-H消除的存在，一直没有成功。最近，该团队设想如果在C(sp³)–C(sp²)键的还原消除过程中，过渡金属处于完全饱和的状态，可能会抑制β-H消除的发生，而[Cp*IrCl₂]₂可能为合适的催化剂，过渡金属中心通过Cp*和环状金属化官能团达到配位饱和（图1）。

作者以4-溴苯甲醛作为模板底物，过量的n-BuBF₃K作为烷基化试剂，在[Cp*IrCl₂

图2. 苯甲醛类底物适用范围的考察。图片来源：Chem. Sci.

作者接着考察杂环醛的适用性，同一位置取代基不同，产物的产率相差比较明显，如产物2a-2d。不管是吡啶类杂环，还是噻吩、吡咯、呋喃等，反应都能以中等到优秀的产率得到单烷基化或双烷基化产物（图3）。

图3. 杂环醛类底物适用范围的考察。图片来源：Chem. Sci.

作者接着固定2-氯4-吡啶甲醛作为模板底物，考察烷基三氟硼酸钾的适用性，从结果可以看出，使用不同的烷基化试剂，产物产率相差较为明显（图4）。

图4. 三氟硼酸钾适用范围的考察。图片来源：Chem. Sci.

为了研究反应的机理，作者制备了C-H键铱杂环金属化络合物II，并通过X射线单晶衍射确定其结构，接着合成了阳离子I铱络合物III，其与n-BuBF₃K反应得到产物1a。金属络合物II的分离证明反应经历了C-H键插入机理，而不是Ir(III)催化剂对缺电子烯烃的简单共轭加成路径（图5）。

图5. 反应机理的研究。图片来源：Chem. Sci.

以上作者考察的底物都是芳香醛，作者接着对简单的α,β-不饱和醛参与的反应也进行了尝试，虽然能顺利得到最终产物，但是产率都比较低（图6）。

图6. α,β-不饱和醛参与反应的初步探讨。图片来源：Chem. Sci.

总结

Xiao-Yang Chen和Erik J. Sorensen团队使用烷基三氟硼酸钾作为烷基化试剂，发展了Ir(III)催化（杂）芳香醛的邻位C(sp²)-H键烷基化反应，并初步尝试了α,β-不饱和醛的β-C-H键烷基化。反应中[Cp*IrCl₂]₂作为催化剂，与苯胺结合后可促进C(sp³)–C(sp²)键的还原消除，并抑制了β-H消除的过程，可用于高效制备单烷基化和双烷基化产物，该反应为含有芳香醛结构分子的C(sp²)-H键烷基化后期修饰提供了一种很好的方法。

原文

Ir(III)-catalyzed ortho

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

导师介绍

Erik J. Sorensen

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

閱讀更多 X一MOL資訊 的文章

關鍵字: 导向 氢键 基团