【有机】JACS：定向催化C-C键实现苯乙烯官能团化
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过渡金属催化的无张力C-C单键裂解可以非传统方法来合成复杂的有机分子，吸引了越来越多化学家的关注。虽然目前已经有大量关于C-C单键官能团化反应的报道，但可裂解的C-C键类型仍然有限，通常只适用于C-C键的邻位具有极性基团（如氰基、羰基、亚胺基和羟基）的化合物。关于非极性C-C键解离的反应目前还未报道。
近年来，日本庆应大学的Fumitoshi Kakiuchi 教授通过螯合辅助的C-C键裂解实现了铑催化烯丙基苯的烯基化反应（Scheme 1A）。初步的机理研究表明，烯烃的加氢金属化以及螯合辅助下β-碳消除作用裂解了C-C键（Scheme 1B）。最近，该课题组利用铑催化剂Cp*Rh（III）有效地将苯乙烯衍生物中的C(芳基)-C(烯基)键转化为新的C-C键（Scheme 1C）。该方法条件简单，底物范围广，适用于具有吡唑基导向基团的苯乙烯、未活化的脂肪族烯烃和烯丙醇等多种烯烃。相关成果近期发表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.0c02232）。
（图片来源: J. Am. Chem. Soc.）
研究初始，作者以带有导向基团的异丙烯基苯衍生物（1a）和苯乙烯（2a）为模型底物进行探索（Table 1），并确定了最佳反应条件为：[Cp*Rh(CH3CN)3][SbF6]2（3a）作催化剂，EtOH为溶剂，底物在回流条件下反应3小时，以94％的分离收率得到烯基化产物4aa。此外，增加催化剂的量以及延长时间，含2-吡啶基导向基团的底物（5）能以85％的核磁收率得到目标产物（6）。
（图片来源: J. Am. Chem. Soc.）
随后，作者对底物范围进行了考察（Table 2）。首先考察了具有各种对位取代基的苯乙烯的范围。具有给电子基团的苯乙烯衍生物均能以优秀的收率得到目标产物（4ab-4ad），带有吸电子基团的苯乙烯衍生物也能参与反应（4ae）。此外，该反应对多种卤代基团具有耐受性（4af-4ah）。也适用于具有邻位取代基的苯乙烯衍生物（4ai）。该策略还可适用于具有邻位取代基团的吡唑基丙烯基苯衍生物（4ba-4ca ，4da-4fa）。值得一提的是，具有间位取代基团的吡唑基丙烯基苯衍生物可以较高收率获得目标产物（4ga）。用该课题组开发的其他方法还可将产物的吡唑基转化为氨基（eq 1）。
（图片来源: J. Am. Chem. Soc.）
随后，作者考察了其他烯基底物的范围。实验结果表明，该反应适用于1-丙烯基苯基吡唑（eq 2）、二苯乙烯衍生物（eq 3）以及具有1-(4-甲氧基苯基)乙烯基的底物（eq 4）。增加催化剂用量并延长反应时间，二苯乙烯衍生物的芳基会发生1,2-迁移生成产物4aa （eq 5）。
（图片来源: J. Am. Chem. Soc.）
紧接着，作者对未活化的脂肪族烯烃和烯丙醇底物进行考察。多种未活化脂肪族烯烃可以高效地得到偶联产物（Table 3）。对于含多种烷基取代的烯丙醇化合物，反应均能以良好至优秀的收率获得相应的β-酰基烷基化产物（11ab-11ae）（Table 4）。
（图片来源: J. Am. Chem. Soc.）
最后，作者做了氘代实验（Scheme 2），并提出了可能的催化循环（Figure 1）。首先，原位生成的氢化铑化合物对烯烃进行加氢金属化（A→B→C），随后C经螯合辅助的β-碳消除作用，得到铑环中间体D（C→D）。然后苯乙烯经2,1-插入反应区域选择性地插入Rh-C键中，最后经β-氢消除得到目标产物4和氢化铑物种A（D→E→F→A）。
（图片来源: J. Am. Chem. Soc.）
小结：Fumitoshi Kakiuchi 课题组开发了一种通过C-C键的断裂实现苯乙烯衍生物官能团化的新策略。该策略体系简单，底物范围广，对苯乙烯、未活化的脂肪族烯烃和烯丙醇等多种烯烃均适用。值得一提的是，这是苯乙烯衍生物中烯基转化为各种碳官能团的第一个例子。在该反应中，C-C键是通过加氢金属化和β-碳消除途径裂解的。
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