四川大学华西药学院陈应春团队 | 钯催化烯烃与活化酮亚胺的氧化亲核性烯丙基化反应

  • 550
  • A+

烯丙基结构广泛存在于天然产物和生物活性分子中,也是重要的转化官能团,长期以来烯丙基反应受到广泛关注。钯催化的烯丙基化反应是构建该类化合物常用策略之一,多经原位形成亲电性η3-烯丙基钯络合物,再与亲核试剂反应(Scheme 1a)。另一方面,η3-烯丙基钯络合物在某些条件下可发生极性反转,形成亲核性η1-烯丙基钯络合物,再与亲电试剂(如醛、酮、亚胺)反应。迄今为止,η1-烯丙基钯络合物的生成通常涉及转金属化,包括使用化学计量的烯丙基金属试剂,或使用还原剂(Et2Zn、Et3B、甲酸盐等),且一般以获得支链烯丙基产物为主(Scheme 1b)。但这种还原性的极性反转策略不适用于烯烃的氧化C-H活化。


最近,四川大学华西药学院陈应春课题组发现简单烯烃经Pd(II)催化的C-H氧化形成的η3-烯丙基钯络合物,可原位异构为η1-烯丙基钯络合物,进而与多种活化酮亚胺发生加成反应,生成单一直链区域选择性烯丙基化产物(Scheme 1c)。


Scheme 1. 钯催化的多种烯丙基化反应途径


这种新型的极性反转烯丙基化反应具有良好的底物适用范围,各种取代靛红衍生的亚胺2均展现出良好的反应活性,能以中等的收率得到产物(Scheme 2, products 3a-3g)。含有苯乙炔基的烯丙基底物也能与2a反应,在稍高的反应温度下能以42%的收率得到产物3h(Scheme 2, product 3h)。


Scheme 2. 氧化亲核性烯丙基化反应的底物适用范围


其它多种类型的活化酮亚胺,如吡唑-4,5-二酮衍生的亚胺4也可与烯丙苯1a顺利进行氧化亲核性烯丙基化反应,以良好的收率得到产物(Scheme 2, products 5a and 5b)。值得注意的是,异喹啉-1,3,4-三酮衍生的亚胺6展现出更高的反应活性。各种取代的烯丙基底物1、亚胺6均能适用于该转化,以良好至优异的收率得到相应的产物7b-7n。更为重要的是,烯丙苯含有其它活性官能团时,如醛基、酯基、乙烯基,对收率亦无影响(Scheme 2, products 7o-7q)。另外,苯乙烯取代的烯丙基底物和亚胺6a反应,能以单一的区域选择性得到产物7r。将反应规模放大至1 mmol,以96%的收率得到产物7a。遗憾的是,烷基取代的烯烃不能适用于本反应。


为了深入了解该氧化极性反转烯丙基化反应的机制,作者进行了一系列对照实验和氘代实验。首先,底物1a2a在多种Lewis酸催化下均不能发生反应,因此该转化应不涉及Alder-ene型过程(Scheme 3a)。其次,氘代烯丙苯d-1a与亚胺2a反应按照预期得到产物d-3a(Scheme 3b)。化学计量的Pd(PPh3)4或Pd(OA)2/PPh3能够促进烯丙基碳酸酯8与酮亚胺6d的烯丙基化反应。然而,当使用催化量的钯时,仅能观察到微量的产物生成(Scheme 3c)。这些实验证实了最初形成的亲电性η3-烯丙基钯中间体确实直接参与该亲核性烯丙基化反应过程,可能是通过异构成亲核性η1-烯丙基钯络合物,进而与亚胺反应。此外,也表明了在亲核烯丙基化步骤中不需要氧化剂2,6-DMBQ。


Scheme 3. 氧化亲核性烯丙基化反应的机理研究


基于上述机理验证实验,作者对反应历程作出了推测。如Scheme 4所示,烯丙苯1a在Pd(II)催化下C-H断裂,形成亲电性η3-烯丙基钯络合物I。在主循环A中,中间体I异构成亲核性的η1-烯丙基钯络合物IIIIII与亚胺2a以六元环状过渡态发生反应,生成中间体IV。可能由于具有季碳的支链产物空间拥挤,不易生成,从而仅观察到直链产物。IV随后质子化得到产物3a,同时解离出Pd(II)继续参与催化循环。然而,如循环B所示,最初形成的亲电性中间体I还可能被反应体系中的多种亲核试剂(如醋酸负离子、水、2,6-DMHQ)进攻,生成多种副产物和生成多种副产物和Pd(0)配合物。作者监测到由2,6-DMHQ进攻I而产生O-烯丙基化产物9a9b,说明该副循环的确存在。而Pd(0)需在HOAc的协助下,被2,6-DMBQ氧化为Pd(II)继续参与主循环A。由于循环B不可避免,因此需要过量的烯丙苯1a和氧化剂2,6-DMBQ。


Scheme 4. 氧化亲核性烯丙基化反应的机制


在该工作中,作者发现烯烃,尤其是烯丙基苯类烯烃,可以在钯介导的氧化条件下直接与活化酮亚胺发生极性反转亲核烯丙基化反应,生成单一的直链型产物。一系列机理验证实验表明:这种新型的转化可能是通过形成η3-烯丙基钯配合物,在无亲核试剂存在时,进而异构化为亲核性η1-烯丙基钯来实现的。该反应适用范围较广,对多种底物都能以良好至优异的收率获得烯丙基化产物。此外,作者也尝试了通过使用手性配体来实现不对称极性反转烯丙基化反应,但目前仅实现较低的对映选择性控制。


点击“阅读原文”直达上述文章

Palladium-catalysed oxidative nucleophilic allylation between alkenes and activated ketimines

Yue Li, Peng Chen, Zhi-Chao Chen, Wei Du, Qin Ouyang and Ying-Chun Chen

Org. Chem. Front., 2021, 8, 5418-5423

http://dx.doi.org/10.1039/D1QO00505G


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论: