JACS(Perspective):芳基间位C-H键官能团化反应
纳米技术 纳米 2020-05-22


在有机化学领域中,对高度相似的C-H键进行区分具有非常高的挑战,特别是远离官能团的C-H中缺少立体化学位阻/电子效应,因此发展具有位点选择性的催化剂难以实现。目前通过催化剂的配体官能团对目标C-H键进行远程操控,同时形成环状过渡态的中间体,进行有效的导向C-H键官能团化反应。这种过程中能够对多种不同位点/结构的C-H键识别和区分。Scripps研究所的余金权等对广泛的过渡金属催化中的醇、羧酸、磺酸盐、膦酸酯、有机胺等进展情况进行总结。此外,对一些比较好的通过共价相互作用的C-H键活化例进行介绍。作者认为通过这种有效的远程C-H键活化方法,有望实现最终对有机分子特定位点进行有效的编辑。


本文要点:

(1)

介绍。分别对有机化学中的区域选择性、过渡金属催化反应中的位点选择C-H键官能团反应、远程立体选择C-H键活化反应中“距离”和“结构”的作用。

(2)

模板辅助间位meta-C-H键活化。

分别介绍了芳基醇的meta-C-H键活化反应:通过Pd(OPiv)2/AgOPiv催化剂体系,通过将醇基官能团化为携带苄基上-CN取代(同时双叔丁基取代提供富电子环境),从而在催化过程中形成大环过渡态(Macrocyclophane),能够对meta间位的芳基C-H键活化,该反应中实现了高达89 %的产率。此外,不同结构的模板同样在一些间位C-H键官能团化反应中展现了较好的反应活性。

羧酸、磺酸盐、膦酸酯间位C-H键官能团化反应。携带羧酸根、磺酸盐、膦酸酯的分子同样大量应用在药物分子中,由于羧酸能够很容易的转化为酰胺、酯,因此能够通过这种方法引入对应的模板,并且大量不同的模板得以开发和应用。通过二芳基胺对羧酸修饰,形成对应的酰胺,能够在Pd(OAc)2/Ag2CO3/Ac-Gly-OH催化体系并加入CsF、TBAPF6,在70 ℃的HFIP中和ArBPin反应,在间位进行芳基取代,产率能达到81 %;在Pd(OAc)2/AgOAc/Formy-Gly-OH催化体系中加入KH2PO4,在90 ℃的HFIP中和烯丙基酯反应,在间位进行烯丙基取代,产率能达到86 %。

在磺酸上通过携带芳基-CN的酚修饰作为模板,在Pd(OAc)2/Ag2CO3/Ac-Gly-OH催化体系中,80 ℃中和烯烃反应,产率能达到84 %;在Pd(OAc)2/PhI(TFA)2/Formyl-Gly-OH催化体系中,能够达到91 %的产率进行间位-OH酚羟基取代;在Pd(OAc)2/Ag2CO3/Ac-Gly-OH/Na2SO4催化体系中,和(R3Si)2或者(Me3Ge)2反应,能够以48 %的首例在间位修饰GeMe3

在膦酸上通过芳基上-CN取代的酚模板修饰,同样在类似的条件中高效的进行间位芳基C-H键转化为烯烃/酚/烷基取代的酚。


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参考文献

Guangrong Meng, Nelson Y. S. Lam, Erika L. Lucas, Tyler Gorden Saint-Denis, Pritha Verma, Nikita Chekshin, and Jin-Quan Yu*

Achieving Site-Selectivity for C–H Activation Processes Based on Distance and Geometry: A Carpenter’s Approach,J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI:10.1021/jacs.0c04074

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c04074


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