文獻(xiàn)解讀丨可見(jiàn)光促進(jìn)Katritzky鹽通過(guò)脫氨烷基化反應(yīng)合成β,γ-不飽和酯類(lèi)
發(fā)布時(shí)間:2022-02-09 閱讀次數(shù)：833次
本文由中國(guó)科學(xué)院大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室所作，文章發(fā)表于Oganic Letters (Org. Lett.2021, 23, 5, 1577–1581)。
可見(jiàn)光促進(jìn)的脫氨烷基化反應(yīng)已經(jīng)成為一個(gè)化學(xué)合成的重要研究方向，從廉價(jià)易得的原料出發(fā)合成羰基化合物是現(xiàn)代合成科學(xué)的重要目標(biāo)，而β，γ-不飽和羰基化合物因其獨(dú)特的活性特征，日益成為有價(jià)值的合成砌塊。傳統(tǒng)方法合成β,γ-不飽和羰基多建立在過(guò)渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，如鈀、鎳或銅催化下的烯醇和烯基鹵代物、烯基磺酸化合物等反應(yīng)（圖1A）。近年來(lái)，可見(jiàn)光促進(jìn)的脫氨烷基化反應(yīng)已經(jīng)成為多樣化烯烴制備的重要手段（圖1B）, 而利用弱相互作用EDA形成的策略，該課題組發(fā)現(xiàn)僅僅通過(guò)堿金屬鹽（例如，NaI, NaOAc, K2CO3等）便可以與N-羥基鄰苯二甲酰亞胺酯（NHPI esters）以及系列吡啶鹽等形成EDA復(fù)合物（圖1C）。據(jù)此，作者推測(cè)僅僅通過(guò)碘化鈉和Katritzky鹽就可以直接形成EDA復(fù)合物，產(chǎn)生的烷基自由基與雙鍵偶聯(lián)，再生成相應(yīng)的產(chǎn)物（圖1D）。通過(guò)可見(jiàn)光促進(jìn)EDA復(fù)合物引發(fā)的Katritzky鹽與烯烴的脫氨基烷基化反應(yīng)，成功實(shí)現(xiàn)了β,γ-不飽和酯類(lèi)化合物的構(gòu)建，該方法原料簡(jiǎn)單、條件溫和，無(wú)需過(guò)渡金屬催化和額外的添加劑，具有通用性。
圖1
首先進(jìn)行反應(yīng)條件的優(yōu)化，分別以1a和2a為原料，在45℃的LED光照條件，DMA為溶劑，加入NaI（20% mol%）反應(yīng)過(guò)夜后得到的偶聯(lián)產(chǎn)物3a，獲得了最優(yōu)收率95%（圖3）。由于這種弱相互作用形成的復(fù)合物是很難直接分離表征的，UV-vis光譜表征技術(shù)的發(fā)展為我們研究這種弱相互作用的形成提供了有利的檢測(cè)手段。利用島津UV-2550對(duì)反應(yīng)中的各底物之間，底物與催化劑之間以及底物自身的紫外可見(jiàn)光譜進(jìn)行表征測(cè)試，明確了碘化鈉和Katritzky鹽直接形成EDA復(fù)合物的猜想，為實(shí)驗(yàn)的機(jī)理研究提供了有力的證據(jù)（圖2）。進(jìn)一步對(duì)1a和NaI的EDA復(fù)合物進(jìn)行了DFT計(jì)算，發(fā)現(xiàn)其溶劑化的絡(luò)合自由能為9.6 kcal/mol。
除此之外，在實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化過(guò)程中，作者還使用了GC-2010 plus，GCMS-TQ8040用于制作反應(yīng)產(chǎn)率的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物不易分離或者分離后難以提純而又對(duì)產(chǎn)率有嚴(yán)格要求的反應(yīng)體系，利用繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，不僅能夠得到準(zhǔn)確快速的每次優(yōu)化條件的產(chǎn)率值，而且大大減輕實(shí)驗(yàn)操作者工作量，能夠提高實(shí)驗(yàn)效率，減少實(shí)驗(yàn)耗材的使用（圖3）。
圖2
圖3
隨后，作者對(duì)于底物的適用性進(jìn)行了擴(kuò)展，對(duì)于系列苯丙氨酸衍生的含吸電子基或者供電子基的吡啶鹽（3a-g）均可以順利反應(yīng)。此外，該方法可耐受多種官能團(tuán)（3h-n）（圖4）。同時(shí)，二苯乙烯上取代基的影響（3o-s）也被一并考慮，亦具有較好的結(jié)果；苯乙烯（3t）的反應(yīng)也得到了相應(yīng)的β,γ-不飽和產(chǎn)物，盡管產(chǎn)率有所降低，其具有很好的E/Z比率，取代的苯乙烯（3u-x）也得到相應(yīng)的產(chǎn)物，但是E/Z比率出現(xiàn)降低。該方法也適用于肉桂酸（3t）為原料和吡啶鹽的反應(yīng)，各種取代肉桂酸（3y-b’）也容易發(fā)生反應(yīng)，可以得到高E/Z比例的β,γ-不飽和酯（圖5）。
圖4
圖5
同時(shí)，對(duì)于反應(yīng)機(jī)理，作者進(jìn)行了詳細(xì)的DFT計(jì)算并進(jìn)行了闡釋?zhuān)▓D6）。
圖6
本研究開(kāi)發(fā)了一種更為簡(jiǎn)單的合成β,γ-不飽和羰基化合物的方法，只需要NaI和Katritzky鹽即可實(shí)現(xiàn)。DFT計(jì)算研究表明二者間的弱相互作用力加速催化EDA的產(chǎn)生，并揭示了自由基反應(yīng)的機(jī)理。該反應(yīng)從廉價(jià)易得的原料出發(fā)，不使用過(guò)渡金屬催化劑和任何添加劑，操作性強(qiáng)，通用性良好。
關(guān)聯(lián)儀器
文獻(xiàn)題目
《Photoinduced α?Alkenylation of Katritzky Salts: Synthesis of β,γ-Unsaturated Esters》
使用儀器
島津UV、GC、GCMS
作者
Chao-Shen Zhang,? Lei Bao,? Kun-Quan Chen, Zhi-Xiang Wang,* and Xiang-Yu Chen*
Corresponding Authors：
Zhi-Xiang Wang ? School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
Xiang-Yu Chen ? School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
Authors：
Chao-Shen Zhang ? School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Lei Bao ? School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Kun-Quan Chen ? School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
?C.-S.Z. and L.B. contributed equally.
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