【人物与科研】中科院大连化物所陈庆安研究员课题组：钴催化酰胺脱羰实现炔烃的区域选择性碳酰胺化反应

中国科学院大连化学物理研究所仿生催化合成研究组成立于2017年，研究组成员包括陈庆安研究员（课题组组长）、万伯顺研究员、呼延成副研究员等9位工作人员和14位研究生组成。在不对称催化反应、过渡金属催化和上述方法学在天然产物和手性药物合成中的应用具有较好的学科积累。目前主要研究领域为仿生催化合成和均相不对称催化。目前研究兴趣包括：1）基于生物代谢的基本原理，发展仿生催化合成；2）过渡金属催化烯烃和炔烃的高效不对称转化；3）发展大宗化学品的绿色转化。

在国家、研究所的大力支持下，陈老师将为课题组成员提供一流的学习和研究条件，营造民主、自由的学术环境。热忱欢迎有志于有机合成研究的青年才俊，包括：保送研究生（每年都有3-4个名额）、硕士研究生、联合培养研究生以及博士后等加盟，大家一起努力，早日建成具有国际影响力的一流研究小组。欢迎同学们咨询。详情咨询：qachen@dicp.ac.cn，电话0411-82463702。

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陈庆安，福建泉州人，中国科学院大连化学物理研究所仿生催化合成研究组研究员（组长）。2007年本科毕业于中国科学技术大学化学系，导师尤田耙教授。2012年在中国科学院大连化学物理研究所获得博士学位，导师周永贵研究员。2012年至2015年在美国加州大学欧文分校进行博士后研究，合作导师Vy M. Dong教授。2015年至2017年作为德国洪堡学者在德国柏林工业大学Martin Oestreich教授课题组工作。2017年4月加入大连化物所开展独立研究工作，被聘为课题组组长，张大煜青年学者。开展研究工作以来，先后在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc.等国际权威期刊上发表文章35篇，总引用2300余次，文章平均引用67次，H-因子为22（截止2020年4月）。2017年获得辽宁省自然科学一等奖（排名第二），2020年获得“Thieme Chemistry Journal Award”国际学术奖。目前主要研究领域为仿生催化合成和金属有机化学。

钴催化酰胺脱羰实现炔烃的区域选择性碳酰胺化反应

过渡金属催化σ键的活化有助于实现传统有机化学无法达到的转化过程，比如惰性但广泛存在的酰胺类、酯类和醚类等化合物的活化与转化。相对于4d金属（铑、钯、钌）在这一领域广泛的研究，廉价、低毒以及可持续性的3d金属对σ键的活化研究相对较少。近些年来，钴催化在这一领域取得了重要的进展，比如钴催化剂已经实现了惰性C−H、C−N或C−C键的活化，但是，目前还没有报道钴催化剂对惰性酰胺类化合物C−N/C−C的同时活化。尽管铑、钯、钌和镍等过渡金属催化酰胺C−N/C−C同时活化再脱羰的转化，此工作首次实现了过渡金属钴催化的酰胺脱羰反应。为了使反应更加高效、实用，结合题组在多组分反应方面的研究，作者发展了钴催化酸酐、8-氨基喹啉和炔烃的三组分反应合成异喹啉酮类化合物，并且实现不对称炔烃高区域选择性碳胺化反应，该反应具有高的选择性和广的底物适用范围（图1）。

作者首先以原料邻苯二甲酰亚胺和1-苯丙炔对反应条件进行了优化，反应在最优条件下以92%的收率以及14.3的区域选择性得到目标产物异喹啉酮。为了考察该钴催化酰胺脱羰合成方法的底物适用范围，作者考察了一系列炔烃烃底物（图2）。作者首先对烷基芳基取代的不对称炔烃的适用范围进行考察，这些底物均能顺利反应，高收率高选择性的得到目标产物。接着，作者也考察了各类含有不同取代基的对称炔烃，发现其具有良好的官能团兼容性。此外，作者还对不对称的芳基芳基炔烃进行了研究。实验结果表明，不同官能团取代的炔烃均具有广泛的适用性（图2）。

图2. 炔烃的底物适用范围研究

（来源：Org. Lett.）

图3. 包含酰胺的炔烃和酰胺的底物适用范围研究

（来源：Org. Lett.）

为了进一步研究底物的适用范围，作者研究了包含邻苯二甲酰亚胺的炔烃的底物适用范围，同样可以以较高的收率与区域选择性得到目标产物，体现了导向基团的优势。值得一提的是，作者把反应规模扩大，同样取得了良好的收率和区域选择性。除此之外，作者研究了不同的邻苯二甲酰亚胺的底物适用性，无论是对称或不对称的亚胺，都可以以较高的收率得到目标产物（图3）。

基于机理实验和相关文献报道，作者提出了相应的反应机理（图4）。首先二价钴经过歧化反应得到一价钴中间体A, 一价钴中间体A经过与邻苯二甲酰亚胺的氧化加成得到三价钴中间体B, 中间体B在氧化剂的作用下脱羰得到中间体D，炔烃对中间体D的插入反应得到中间体E,中间体E经过还原消除得到目标产物，以及催化剂A进行下一次循环。通过对实验机理的研究，作者观察到了可能经过中间体C生成的产物6a和6c,并且检测到二氧化碳的生成（图4）。

图4. 可能的反应机理

（来源：Org. Lett.）

为了进一步简化此类反应的操作，步骤简洁的合成异喹啉酮类化合物，作者研究了三组分的反应体系，考察了部分炔烃的底物适用范围，均可以以较高的收率和区域选择性得到目标产物（图5）。

图5. 三组分反应的尝试

（来源：Org. Lett.）

总结：综上，作者通过钴催化剂对酰胺类化合物的活化，实现了酰胺类化合物脱羰与炔烃的加成反应。扩展了钴催化剂在惰性键活化领域的研究范围，探索了新的酰胺活化方式。

该工作以“Cobalt-Catalyzed Regioselective Carboamidation of Alkynes with Imides Enabled by Cleavage of C−N and C−C Bonds”为题发表在Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c00875）上，第一作者为中国科学院大连化学物理研究所二年级博士研究生闵祥婷。通讯作者为大连化物所陈庆安研究员（论文作者：Xiang-Ting Min, Ding-Wei Ji, Hao Zheng, Bing-Zhi Chen, Yan-Cheng Hu, Boshun Wan and Qing-An Chen）。研究工作得到了国家自然科学基金（21971234, 21772194, 21572225）和辽宁省兴辽英才人才计划（XLYC1807181）的资助。

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