Cu催化，北大Nature！

催化计

2021-07-21

第一作者：Xu Qiu, Yueqian Sang, Hao Wu

通讯作者：焦宁, K. N. Houk

通讯作者单位：北京大学, 加州大学洛杉矶分校

主要内容

合成化学一直以来都围绕着构建C-C键进行，但是目前合成C-C键的方法学仍具有较高挑战，发展构建C-C键的方法能够有助于发展有机合成、煤的气化、石油裂解、聚合物降解、生物质转化等领域。芳基环状结构是惰性化学品分子的重要结构单元，但是由于芳香性、较弱的极性，芳基环在大量反应过程中没有反应活性。在过去的一些年间仅仅发展了少数几种方法能够进行惰性芳环C-C键切断的方法，而且此类切断C-C键需要苛刻的反应条件中进行，以化学计量比的过渡金属有机试剂或者酶催化方法同样非常缺乏。

有鉴于此，北京大学焦宁、加州大学洛杉矶分校K. N. Houk等报道一种Cu催化芳烃开环反应的方法学，该反应能够使用氧气作为氧化剂打开芳烃的环结构，该方法学能够将芳胺、芳基硼酸、芳基叠氮、芳基卤化物、芳基三氟甲磺酸、芳基三甲基硅氧烷、芳基羟肟酸、芳基重氮盐等通过开环反应转化为烯基氰化物，这种反应方法学能够用于修饰多环芳烃，制备工业上非常重要的己二胺、己二酸。此外，作者在一些复杂有机分子的后期官能团化反应、稠环化合物的修饰反应中验证了该反应方法学的广泛应用前景。

背景

图1. （a-b）经典芳烃活化方法（c）本文发展的Cu催化芳环开环反应方法学

历史上苯是在200年前由Faraday发现的，随后对芳环取代的相关研究得到很快的发展，但是与芳环C-C键切断相关的扩环/开环反应研究进展非常缓慢，工业上的石脑油(naphtha)加氢裂解处理苯的反应需要在高温中进行，生成甲基环戊烷和链状饱和烃的混合产物。此外，虽然从苯出发制备C6合成子以及复杂结构链状分子具有较高的吸引力，目前仍无法在温和条件中实现高效率和选择性切断芳环结构。

在过去几十年间，人们发展了几种切断芳环的方法学：

细菌催化。通过细菌切断苯环，经过氧气氧化，经历多步反应将苯转化为己二烯二酸，这种细菌催化过程难以进行模拟；

过渡金属催化剂催化。哥伦比亚大学Gerard Parkin发展了Mo(PMe₃)₆催化活化氮杂芳烃、伦敦帝国理工学院Mark R. Crimmin等发展了N,N-双齿配体稳定的烷基Al(I)卡宾催化活化苯环。日本理化学研究所侯召民发展了三核Ti分子活化苯的方法；

卡宾、氮宾、亚磷基催化实现芳环的扩环生成7元环状结构。

除了以上三种方法之外，目前还没有发展出能够实现切断芳环C-C键合成链式产物的方法。

反应设计

由于相关文献中1,2-双叠氮苯在加热分解反应能够生成1,4-双氰基-1,3-丁二烯，这个反应现象说明1,2-亚苯基双氮宾中间体能够实现苯环开环反应。因此，作者设计了NaN₃与Cu结合后，形成两个活性N配位形成类似邻苯二酚结构，因此可能以类似双氮宾中间体过程进行芳基开环反应。

因此作者通过叠氮化物NaN₃作为活性N-辅酶，通过Cu催化剂进行有氧氧化反应，将萘结构分子以较好的立体选择性转化为(Z)-2-氰乙烯基-苯甲氰。

反应情况