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JACS：Rh催化末端炔烴的反馬氏氫氰化反應(yīng)

來源: X-MOL 2017-06-22 11:32:24

過渡金屬催化的不飽和C-C鍵的氫氰化是一種有效構(gòu)建腈類化合物的方法，可以廣泛應(yīng)用在藥物化學(xué)、天然產(chǎn)物和材料分子的合成中。腈類化合物可以轉(zhuǎn)化為醛、羧酸、酰胺、雜環(huán)，也可以進(jìn)行α-/β-官能團(tuán)化反應(yīng)。已有文獻(xiàn)報(bào)道的關(guān)于過渡金屬催化炔烴氫氰化的反應(yīng)得到馬氏加成的支鏈烯基腈化合物，而對于線性的加成產(chǎn)物僅有個別文獻(xiàn)報(bào)道，并且收率和普適性都不理想。到目前為止，尚無文獻(xiàn)報(bào)道過渡金屬催化的炔烴反馬氏加成氫氰化反應(yīng)。最近，德國馬克斯普朗克煤炭研究所的Tobias Ritter教授課題組使用丙酮腈醇作為HCN的替代物，首次實(shí)現(xiàn)了末端炔烴的反馬氏氫氰化反應(yīng)，選擇性地得到了反式丙烯腈類化合物。

Ni可以催化末端炔烴與HCN/丙酮腈醇發(fā)生氫氰化反應(yīng)，但往往得到的是符合馬氏加成的支鏈產(chǎn)物，反馬氏的丙烯腈類產(chǎn)物通常需要先通過氫化鋰鋁還原或者硼氫化反應(yīng)，然后再進(jìn)行氰基化反應(yīng)，這一過程往往伴隨著劇毒氰化物或CuCN的使用。作者使用商品化的苯乙炔、丙酮腈醇為底物，dppf與TpRh(COD)為催化劑（Tp，三(1-吡唑基)硼烷），在MeCN中110 ℃的條件下反應(yīng)能夠以88%的收率得到目標(biāo)產(chǎn)物肉桂腈（圖2），使用TpRh(C2H4)2代替TpRh(COD)也能得到類似的產(chǎn)率。作者發(fā)現(xiàn)配體對于反應(yīng)的收率起著關(guān)鍵的作用：Tp在反應(yīng)中有著至關(guān)重要的作用，骨架結(jié)構(gòu)一樣的Tp*（三(3,5-二甲基吡唑基)硼烷）、Bp（雙(1-吡唑基)硼烷）也沒有催化活性；雙齒膦配體相比于單齒膦配體具有更高的催化效率，dppf是最佳的膦配體。

得到最優(yōu)條件之后，他們對底物的普適性進(jìn)行了研究（圖3）。對于芳基末端炔烴，無論是吸電子取代基還是給電子取代基都能得到良好的收率，酯、鹵素、羰基、醇、酰胺、氰基、硅醚甚至硼酸酯取代基都可以很好地兼容（2a-2p）。芳基鄰位有取代基時也能夠參與反應(yīng)（2l, 2o）；游離的氨基取代時反應(yīng)體系在GC-MS檢測下只能觀察到小于5%收率，但是將氨基修飾為相應(yīng)的酰胺，能夠得到目標(biāo)產(chǎn)物（2h, 2j）；游離的羥基同樣適用于該反應(yīng)（2n, 2p）；芳香雜環(huán)和稠環(huán)底物也能夠以理想的收率得到產(chǎn)物（2r, 2s, 2u）。

接下來，他們進(jìn)一步將底物拓展至烷基末端炔烴（圖4），將此前最優(yōu)條件中使用的配體dppf置換成DPR-phos后，無論是烷基還是硅基末端炔，都可以得到反馬氏加成的目標(biāo)產(chǎn)物。炔烴取代基的大小和電性對反應(yīng)的選擇性有一定的影響，具有大位阻的取代基能夠得到更好的選擇性（5b vs 5c, 5f）；共軛的烯炔體系具有更高的反應(yīng)選擇性（5d vs 5e）；硅基保護(hù)的炔烴能夠得到大于20:1選擇性的產(chǎn)物。

最后，他們也對反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究（圖5）。通過[Rh(COD)Cl]2和KTp反應(yīng)可以得到TpRh(COD)，再與dppf混合得到活性中間體TpRh(dppf)，晶體培養(yǎng)并進(jìn)行X-射線單晶衍射表征確定了其結(jié)構(gòu)。因此，他們提出反應(yīng)可能的機(jī)理：TpRh(dppf)不與炔烴反應(yīng)，而是與丙酮腈醇反應(yīng)得到質(zhì)子化Rh(III)氫化物I，由于反應(yīng)體系中可能存在其他平衡，作者無法檢測到復(fù)合物I的存在，但通過其他實(shí)驗(yàn)可以間接證明；缺少第三個吡唑基的BpRh(COD)無法穩(wěn)定具有八面體結(jié)構(gòu)的質(zhì)子化Rh(III)絡(luò)合物的d6 軌道，因而無法催化反應(yīng)。隨后I與炔烴結(jié)合經(jīng)過II中間體得到亞乙烯基中間體III，繼而進(jìn)行重排得到Rh(III)烯基氫化物IV，該物種發(fā)生還原消除得到產(chǎn)物與催化劑TpRh(dppf)。中間體III的存在也解釋了該反應(yīng)的反馬氏選擇性，CN只能進(jìn)攻亞乙烯基中間體III位阻較小的一側(cè)，也就是氫的同側(cè)，從而得到了反馬氏構(gòu)型的產(chǎn)物。反應(yīng)對于烷基炔烴只有4:1的選擇性，作者推測反應(yīng)過程中可能也存在類似Ni催化的馬氏加成路徑。

——小結(jié)——

Ritter教授課題組首次報(bào)道了Rh催化末端炔烴的反馬氏氫氰化反應(yīng)，該反應(yīng)對于芳基末端炔和烷基末端炔都具有良好的普適性，合適的催化劑結(jié)構(gòu)對該反應(yīng)的選擇性具有關(guān)鍵性作用。

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