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催化计
2022-08-06
第一作者：Shengchun Wang, Yiming Gao人们广泛的使用烯丙基脂肪族有机胺构建农药、医药化学分子，因此发展各种各样的方法，通过烯烃和有机胺作为原料直接合成脂肪族烯丙基有机胺的的方法受到人们的关注。但是，目前通常烯烃和有机胺偶联的方法非常少见。而且能够实现精确位点的偶联反应具有更大的困难和挑战。有鉴于此，武汉大学雷爱文、戚孝天等报道通过光催化和Co催化结合，实现了二级胺对烯烃的位点选择性偶联反应，该反应过程无需使用外源性氧化剂，方法具有广泛的烯烃兼容，能够拓展至位点/立体选择性合成结构复杂的四萜分子。反应机理研究发现，该反应过程使用Co催化剂实现氢原子转移，反应能够选择性的对化学键强度更大的烯丙基C-H键选择性催化转化。脂肪族烯丙胺具有非常独特的生物学、医药学活性，因此脂肪族烯丙胺的合成受到化学、医药、材料研究人员的广泛关注。目前效率最高、原子经济性最好的烯丙胺合成方法是烯丙基C-H键活化。目前，人们发展了多种合成C-H键胺化反应方法，包括烯烃型反应、过渡金属催化的氮烯插入/π-烯丙基等过程。这些反应方法通常需要对亲电性氮试剂进行预先功能化修饰、而且需要化学计量比的氧化剂，需要酰胺/磺酰胺亲核试剂，反应的效率和原子经济性比较低。因此，通过脂肪族有机胺和烯烃直接合成烯丙胺是理想的高效率、原子经济性方法。困难和挑战。脂肪族有机胺直接进行烯丙基氨基化的反应过程面临较大的挑战，比如脂肪族有机胺与过渡金属的配位强度比烯烃更高，这严重的影响催化剂活性，而且富电子脂肪族有机胺通常与氧化剂难以兼容。当反应中不使用外源性氧化剂，热催化反应过程中，烯烃与有机胺的直接偶联过程在热力学上并没有优势。由于目前方法学存在的局限，作者寻找新型烯丙基氨基化反应的方法学。人们发现有机胺阳离子自由基物种是一种多功能中间体，有机胺阳离子可以通过可见光催化反应生成，因此能够与广泛的烯烃、芳烃偶联。基于此，作者设计发展了胺阳离子与烯烃加成的反应过程，这种方法生成的碳中心自由基在转化为产物的过程中具有区域选择性。这种方法学避免了催化剂被烷基有机胺毒化，反应使用光能量驱动烯烃和有机胺的偶联，直接使用烷基胺作为反应物，避免了外源氧化剂。该反应的难点是如何实现位点选择性烯丙基氨基化，关键在于催化剂能够区分不同的烯丙基C-H键。作者通过碳中心自由基相邻的位点选择性HAT（氢原子转移）实现烯烃分子的结构重构（而不是通过单电子氧化和消除质子过程进行反应生成烯烃）。HAT步骤的选择性是通过调节金属催化剂和使用反马氏规则加成反应实现的。作者通过光催化剂与Co分子催化剂结合，实现了有机胺对烯丙基位点的选择性的氨基化，反应使用的Co催化剂是导致较高位点选择性的关键。以吗啉（morpholine）、2,3-二甲基-1-丁烯作为反应物，[Ir(dF(CF3)ppy)2(dtbbpy)]PF6作为光催化剂，[Co(dmgH)2Py2]PF6(Co-I)作为催化剂，反应表现了100 %的位点选择性。控制实验，当反应中分别只使用Ir光催化剂、Co催化剂、没有催化剂只进行光照，都无法生成目标产物。烯烃兼容性。首先对1,1-双官能团修饰的烯烃，以及三个官能团（在烯烃的同一个碳上同时含有一个甲基、一个二级烷基）修饰的烯烃，都能选择性的在甲基的C-H键反应，实现较高的选择性（3-8）。含有一个甲基和一个以及烷基取代的烯丙基氨基化反应过程中的位点选择性在2.5:1与>20:1之间（9-21）。反应能够区分二级、三级烯丙基C-H键，反应能够选择切断二级烯丙基C-H键（22）。此外，该反应能够适配广泛的一系列烯烃（23-41），包括三官能团修饰烯烃，甚至四个官能团修饰烯烃。另外，该反应对一些底物没有很好的选择性，包括1-辛烯、烯丙基苯、环己烯等单取代/1,2-双官能团取代的惰性烯烃。脂肪胺的兼容。发现一系列烯丙基胺（修饰官能团的二级脂肪胺）（42-63）能够以较好或较高的产率生成目标产物，因此该反应能够以非常简单和快速的方法生成其他方法难以得到的大位阻有机胺。该反应对环状/非环状有机胺都能够实现较高的位点选择性（64-73）。此外，发现这种反应方法能够对结构复杂的有机胺（74-80）进行后期氨基化。Wang, S., Gao, Y., Liu, Z. et al. Site-selective amination towards tertiary aliphatic allylamines. Nat Catal 5, 642–651 (2022)DOI: 10.1038/s41929-022-00818-yhttps://www.nature.com/articles/s41929-022-00818-y
