Nat. Commun.: 光鎳協(xié)同催化羧酸脫氧烯基化策略合成四取代烯烴
四取代烯烴該結(jié)構(gòu)廣泛存在于具有生物活性的分子中，同時(shí)可參與雙羥化反應(yīng)、環(huán)氧化反應(yīng)以及氫化反應(yīng)等不對(duì)稱催化過(guò)程。除此之外，四取代烯烴還在構(gòu)筑分子器件、液晶材料等方面具有重要的應(yīng)用。南京大學(xué)謝勁教授和朱成建教授團(tuán)隊(duì)在課題組羧酸脫氧偶聯(lián)化學(xué)的前期工作基礎(chǔ)上（CCS Chem.2021, 3, 2581; Nat. Commun.2021, 12, 4637; Nat. Commun.2020, 11, 3312;Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 312 ）和上海有機(jī)所薛小松教授合作發(fā)展了高選擇性羧酸脫氧烯基化制備四取代烯烴新方法，該工作發(fā)表在Nature Communications(DOI:2022, 13, 10)上。南京大學(xué)博士研究生李艷濤為該論文的第一作者。
然而目前來(lái)說(shuō)，合成這一重要的結(jié)構(gòu)單元具有一定的局限性。合成烯烴傳統(tǒng)的方法有Wittig reaction，Horner–Wadsworth–Emmons (HWE) reaction，Peterson olefination，Tebbe olefination，Julia olefination，Olefin metathesis等一系列經(jīng)典反應(yīng)，他們或者不能合成環(huán)狀烯烴，或者只能合成低取代烯烴，對(duì)四取代烯烴無(wú)能為力。更為重要的是，以此種方法合成的烯烴，Z/E選擇性普遍不高，這是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。近十年來(lái)，過(guò)渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)不斷取得進(jìn)展，以此合成大位阻四取代烯烴的報(bào)道并不是很多，主要是由于產(chǎn)物的空間位阻較大，Z/E選擇性不好控制等，另外，此種方法通常條件比較苛刻，需要高溫和惰性氣體的環(huán)境，導(dǎo)致操作繁瑣，底物兼容性受到影響等。?
圖1：合成多取代烯烴的方法
?? ? ?優(yōu)化好條件后，作者對(duì)羧酸底物進(jìn)行了探索。發(fā)現(xiàn)，吸電子基團(tuán)（酯基、氟原子等）或者給電子基團(tuán)（甲氧基、烷氧基等）都能順利地發(fā)生反應(yīng)，也能很好地兼容一些敏感冠能團(tuán)如羥基和保護(hù)的胺基等。?
圖二：羧酸底物擴(kuò)展
接下來(lái)作者又對(duì)烯基底物進(jìn)行了嘗試。線性烯醇酯也能很好地發(fā)生反應(yīng)，并且具有很高的選擇性，TMS和烯基等敏感官能團(tuán)也能兼容，顯示出此策略的溫和性。對(duì)于一些復(fù)雜的分子，都能得到中等的收率。?
圖三：線性烯基酯底物和復(fù)雜分子底物
?? 接下來(lái)，上海有機(jī)所薛小松老師對(duì)反應(yīng)進(jìn)行了DFT計(jì)算，發(fā)現(xiàn)零價(jià)鎳先與烯基酯底物發(fā)生氧化加成，再與酰基自由基發(fā)生自由基加成，這一過(guò)程能壘較低。?
圖四：DFT計(jì)算
四取代烯烴空間擁堵是其難以合成的原因之一。作者通過(guò)精確的計(jì)算揭示了本文成功的原因，如下：?
圖五：氧化加成過(guò)程
當(dāng)?shù)孜锱c零價(jià)鎳發(fā)生氧化加成時(shí)，能壘只有2.0 kcal/mol。通過(guò)過(guò)渡態(tài)TS-1A可以看出，與傳統(tǒng)氧化加成過(guò)程不同，這一底物中的酯基、與OTf相連的碳和鎳均有作用力，形成了立體的五元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，然后發(fā)生類(lèi)似SN2’的氧化加成過(guò)程，離去-OTf。這一過(guò)渡態(tài)不僅大大降低了反應(yīng)能壘，還確保了反應(yīng)的高Z式選擇性。這是首次通過(guò)計(jì)算化學(xué)的方法揭示這一過(guò)程。
接下來(lái)作者提出了可能的反應(yīng)機(jī)理：?
圖六：可能的反應(yīng)機(jī)理?
綜上所述，該課題組實(shí)現(xiàn)了空氣條件下光鎳協(xié)同催化，室溫條件下合成了重要的全碳四取代烯烴。
上述研究成果近期發(fā)表在Nature Communications上，南京大學(xué)謝勁教授、朱成建教授和上海有機(jī)所薛小松教授為共同通訊作者，該項(xiàng)工作主要得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金的資助。
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通訊作者網(wǎng)站：
謝勁：https://chem.nju.edu.cn/xj/list.htm
朱成建：https://chem.nju.edu.cn/zcj/list.htm
薛小松：http://sourcedb.sioc.cas.cn/cn/expert/202109/t20210916_6203884.html
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