空氣氧氣條件下的氧化偶聯(lián)反應(yīng)的最新進(jìn)展

1、有機(jī) 空氣/氧氣條件下的氧化偶聯(lián)反應(yīng)的最新進(jìn)展氧氣, 進(jìn)展, 空氣, 條件, 氧化最近看到幾個(gè)國(guó)內(nèi)學(xué)者在aerobic oxidative cross coupling reaction (空氣或氧氣條件下的氧化偶聯(lián)反應(yīng) 上做出了一些漂亮的工作，于是希望和大家分享一下。一方面是我對(duì)所讀文獻(xiàn)的一個(gè)簡(jiǎn)單的歸納總結(jié)，另一方面也想提供一個(gè)平臺(tái)給關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域的chem8er在這里進(jìn)行討論。文章數(shù)量非常有限，因此希望得到其他chem8er的補(bǔ)充， 拓展我們對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)。首先說(shuō)一下氧化偶聯(lián)反應(yīng)的兩個(gè)特點(diǎn)：第一，反應(yīng)是將兩個(gè)nucleophiles進(jìn)行偶聯(lián)，從概念上不同于傳統(tǒng)的nucleophile（一般

2、是金屬試劑以及含O，N等路易斯堿的試劑）和electrophile（一般是烯，炔的鹵化物）的偶聯(lián)。第二，反應(yīng)能夠直接對(duì)烯，炔的C-H鍵進(jìn)行活化和官能化，不需要使用preactivated鹵化物，因此具有step economy 和 atom economy兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)毫無(wú)疑問，氧氣是氧化反應(yīng)中最理想的氧化劑。因此如何將這樣一種清潔且無(wú)處不在的物質(zhì)作為氧化偶聯(lián)反應(yīng)中的氧化劑成為了目前該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。說(shuō)到aerobic oxidation就不得不提到Shannon S. Stahl。的確，我想說(shuō)的這幾篇國(guó)內(nèi)學(xué)者發(fā)表的文章都與Stahl在2008年的一篇JACS有著或多或少的聯(lián)系。下面我們就先看看

3、Stahl工作。Stahl發(fā)現(xiàn)的這一反應(yīng)是氧氣條件下的端炔的胺化反應(yīng)，反應(yīng)的催化劑是二價(jià)Cu鹽。反應(yīng)符合前面所提到的氧化偶聯(lián)反應(yīng)的兩個(gè)特點(diǎn)：兩個(gè)nucleophile分別是端炔和仲胺；反應(yīng)對(duì)端炔的C-H進(jìn)行活化和胺化。既然是兩個(gè)nucleophile同時(shí)存在于反應(yīng)體系中，不可避免會(huì)有homo coupling的偶聯(lián)產(chǎn)物（二炔）生成。為了最大程度減少二炔的生成，他們?cè)龃罅酥侔返牧浚⑶揖徛渭佣巳惨员ＷC反應(yīng)體系內(nèi)炔的濃度很小，有效地使提高了胺化產(chǎn)物的比例。他們對(duì)反應(yīng)提出了一個(gè)可能的催化機(jī)理，該機(jī)理本質(zhì)上是一個(gè)Cu(0/Cu(II的催化循環(huán)。值得注意的是他們認(rèn)為氧氣的量相對(duì)炔的量 (1當(dāng)量 是1/

4、2當(dāng)量，并且最終的產(chǎn)物是H2O。下載 (14.34 KB2010-5-26 00:07下載 (22.86 KB2010-5-26 00:06J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 833-835 /doi/abs/10.1 . =833&volume=130接下來(lái)就是我們國(guó)內(nèi)有機(jī)化學(xué)家們的工作了。武漢大學(xué)的雷愛文教授回國(guó)后在氧化偶聯(lián)反應(yīng)方面做出了很多杰出的貢獻(xiàn)，對(duì)反應(yīng)機(jī)理也進(jìn)行了深入的研究，是我個(gè)人非常推崇的一位青年有機(jī)化學(xué)家。他的研究小組于2010年在JACS上發(fā)表了他們?cè)赑d催化的aerobic oxidative cross

5、coupling上的工作。反應(yīng)中使用的其中一個(gè)nucleophile同樣是端炔，而另一個(gè)nucleophile則是烷基鋅試劑。他們發(fā)現(xiàn)在體系中加入-酸性配體如CO能夠促進(jìn)sp-sp3還原消除的進(jìn)行，增大所需產(chǎn)物的比例。初步的機(jī)理研究表明炔基鋅是反應(yīng)的活性中間體，說(shuō)明反應(yīng)中的烷基鋅除了作為nucleophile以外還作為布朗斯特堿拔掉端炔的活潑氫。與Stahl的反應(yīng)不同的是反應(yīng)中沒有游離的質(zhì)子，因此水不可能是氧氣的還原產(chǎn)物。氧氣的最終去向還需要進(jìn)一步研究。下載 (7 KB2010-5-26 00:11J. AM. CHEM. SOC. 2010, 132, 41014103http:/pubs.

6、/doi/abs/10.1 . 4101&volume=132同樣是端炔與金屬試劑的偶聯(lián)反應(yīng)，上海有機(jī)所的卿鳳翎研究員課題組成功發(fā)展了一類一價(jià)Cu介入的端炔的三氟甲基化反應(yīng)。所用到的三氟甲基化試劑是Me3SiCF3, 并且利用KF對(duì)該試劑進(jìn)行活化。他們通過(guò)增大Me3SiCF3的量，緩慢滴加端炔，加入1，10-phenanthroline作為配體穩(wěn)定CuCF3絡(luò)合物的方法顯著提高了三氟甲基化產(chǎn)物的比例。他們提出的反應(yīng)機(jī)理與Stahl的機(jī)理類似，卻又有微妙的區(qū)別。從他們proposed的機(jī)理中我們可以提出了一些非常值得探討的問題，比如transmetallation在氧化之前

7、還是之后？CF3在炔基之前還是之后與Cu鍵合？需要指出的是反應(yīng)中需要使用一當(dāng)量的一價(jià)Cu鹽，并且氧氣的濃度太高反而會(huì)增加homo coupling的比例降低hetero coupling的比例。 對(duì)于堿的identity作者并沒有明確指出，氧氣的最終去向在反應(yīng)機(jī)理中也沒有明確表示，因此對(duì)這一系列問題的回答還有待進(jìn)一步的機(jī)理研究。下載 (3.55 KB2010-5-26 00:13下載 (21.19 KB2010-5-26 00:13/doi/abs/10.1021%2Fja102175w最后提供的一篇文獻(xiàn)也和氟有關(guān)福建物構(gòu)所的蘇偉平研究小組報(bào)道了Cu催化的s

8、p C-sp2 C氧化偶聯(lián)反應(yīng)。sp2 carbon 的部分使用的是五氟芳烴或者四氟芳烴這種強(qiáng)缺電子nucelophile，一來(lái)容易形成carbon anion，二來(lái)形成的carbon anion也相對(duì)穩(wěn)定。他們發(fā)現(xiàn)1，10-phenanthroline作為配體能夠促進(jìn)反應(yīng)生成sp-sp2產(chǎn)物，減少sp-sp產(chǎn)物。同時(shí)加入-酸性配體DDQ能進(jìn)一步提高產(chǎn)率。反應(yīng)可能的機(jī)理如下: 下載 (11.87 KB2010-5-26 00:15下載 (29.09 KB2010-5-26 00:15/doi/abs/10.1021%2Fja910461e從以上總結(jié)的文獻(xiàn)可以看出，sp-sp2, sp-sp3的氧化偶聯(lián)反應(yīng)都在最近被國(guó)內(nèi)有機(jī)化學(xué)家所實(shí)現(xiàn)，而在sp-sp2反應(yīng)中用到的sp2部分是缺電子的芳烴。我目前還沒有看到利用electrophilic C-H activation的策略實(shí)現(xiàn)給電子sp2C-spC aerobic oxidative cross coupling的報(bào)道。如果大家有看到這方面的相