远程选择性碳氢键活化研究取得进展

来源：中科院之声

配合物中配体的配位模式会影响配合物的结构和性质。通过调控配体的配位模式，获得金属催化剂在碳氢键活化中新的催化活性的策略，是金属有机催化领域值得研究的一个重要方向。

当前，碳氢键活化反应的研究是一个前沿研究领域，被认为是有机化学研究的一个圣杯。然而，由于有机化合物中活性类似的碳氢键的普遍存在，选择性活化其中的一个碳氢键是一大难点，尤其是离配位原子远程的碳氢键的位点选择性活化控制更加困难。首先，底物中可能存在离配位原子更近的碳氢键，通常这种近端的碳氢键更容易被活化；其次，目标C-H键处于距离配位原子较远的位置，导致形成一个可能的环金属络合物中间体非常困难，这也是熵不利的过程；最后，远端的芳环上或许会存在几个活性类似的C-H键，精准的选择性活化其中一个C-H键也是非常大的挑战（图1）。如何高选择性地实现某一个指定远程碳氢键的精准活化，是一个有着重大意义和挑战性的问题。

在国家自然科学基金、福建省自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等的资助下，中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室李纲研究组经过刻苦攻关，实现了首例羧基导向的远程C(sp2)-H键的选择性活化。

羧基是碳氢键活化领域非常重要、并得到广泛应用的导向基团，金属与羧基基于k1配位模式的配位促进的碳氢键活化反应已被广泛报道。然而，适用于几何形状诱导远程芳环C-H键活化的k2配位模式依然未被开发（图2）。经过反应模板的设计和反应条件的优化，特别是合适的氨基酸配体和非碱性的反应条件，李纲课题组最终实现了首例羧基导向的远程选择性的苯丙酸间位碳氢键的活化反应。选择苯丙酸作为模板底物是由于苯丙酸类化合物是很多药物的关键骨架，比如治疗肌肉痉挛的药物巴氯芬（Baclofen）。在筛选后得到的最优反应条件下，反应的收率和选择性都比较理想。该反应不仅具有非常广的底物适用范围，还能首次使用便宜的芳基碘试剂实现苯丙酸间位碳氢键的芳基化反应；而以往的用其他配位基团促进的直接远程导向的方法需要用到昂贵的硼芳基化试剂。通过一些控制反应等初步机理研究，k2配位模式被认为可能是促成观测到独特选择性的直接原因。

相关研究结果发表在《德国应用化学》杂志（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, doi：10.1002/anie.201910691），副研究员李尚达和博士生汪航为该论文的共同第一作者。

该研究结果不仅为远程碳氢活化提供了新策略，而且提出了羧基在碳氢活化中可能存在的新型配位模式；打破了人们对羧基通常只能促进邻近碳氢活化的认识，为人们深入理解配体的配位模式在改变配合物反应性和新型碳氢活化反应设计方面提供了新思路。

图1 远程碳氢活化的难点

图2 羧基促进的远程芳香环的位点选择性碳氢活化

来源：中国科学院福建物质结构研究所