東北師範大學畢錫和小組Acc. Chem. Res. 銀催化活化端炔 •...

2021-02-08 騰訊網

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導讀

近日，美國化學會《Accounts of Chemical Research》雜誌在線發表了東北師範大學畢錫和小組銀催化活化炔烴的綜述文章。該綜述文章概述了畢錫和小組過去十年中在銀催化端炔活化方向開展的系統研究工作以及取得的創新研究成果。

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Acc. Chem. Res.2020, doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00623

炔烴是基礎的化學化工原料，在有機合成中研究廣泛。但炔烴中sp雜化的碳原子使其反應性較低，因此，如何活化炔烴的C≡C鍵是其合成轉化的關鍵。根據C≡C鍵上的取代基，炔烴可以通過π活化（內炔）或σ活化（端炔）。與內炔相比，端炔往往缺乏有效的催化活化方法，因而在有機合成中的研究進展相對有限。

銀鹽可以用作有效的軟π-路易斯酸催化劑，通過銀絡合物選擇性地活化C≡C鍵，因此銀催化活化端炔研究逐步引起化學家們的關注。然而，已報導的銀催化/介導炔烴的轉化反應通常僅形成一個碳-碳或碳-雜原子鍵，得到炔基化/烯基化產物。因此，開發端炔的新反應以產生複雜結構分子，特別是構建含氮分子非常重要。

圖1 銀的性質及活化端炔烴

作者的研究興趣側重於開拓銀催化的有機新反應，其中，他們提出了銀催化σ-活化炔烴新策略，利用甲基矽基疊氮與異氰作為兩類簡單易得的氮源，開發了非活化端炔烴的系列有機新反應，為含氮化合物的合成提供了簡便新方法。

銀催化炔烴的氫疊氮化及序列可控的串聯反應

烯基疊氮是一類具有特殊結構的官能化烯烴，其疊氮基團與碳碳雙鍵直接相連，反應性豐富。但是，烯基疊氮的製備方法限制了其合成應用研究。1965年發展的Hassner方法是一種廣泛使用的製備方法，但該方法有如下弊端：1）缺乏原子、步驟經濟性；2）需要使用化學計量的高腐蝕性氯化碘（ICl）。

2014年，畢錫和小組利用銀催化σ-活化炔烴成功發展了高效的非活化端炔的氫疊氮化反應，反應具有寬泛的底物適用範圍和優秀的官能團耐受度。結合實驗與理論計算進一步研究表明，該反應經歷了一種協同加成的反應機制，並發現疊氮化銀是真正的催化劑。

隨後，基於銀催化炔烴氫疊氮化具有高效、高選擇性的特點，該小組發展了以即時生成的烯基疊氮為中間體，序列可控的串聯反應，實現了炔烴向多種重要含氮化合物的直接轉化，例如：發展了炔烴氫疊氮化/環化過程，實現了炔烴向多種含氮雜環化合物的轉化，如：稠三氮唑化合物，啡啶類化合物；發展了一鍋三組分（炔烴、亞磺酸鈉、TMSN3）的炔烴碸胺化反應，首次建立了烯基疊氮向烯胺的合成轉化；建立了序列可控的銀催化炔烴氫疊氮化/自由基加成/遷移反應，實現了亞胺N-自由基中心引發的芳基遷移/異構化過程；發展了銀催化炔烴、三甲基矽基疊氮、亞磺酸鈉以及磺醯基疊氮的一鍋四組分反應，其中碳碳三鍵完全斷裂，實現了炔向脒的直接轉化;發展了從炔烴出發的一鍋兩步反應，即銀催化炔烴氫疊氮化/1,2-疊氮遷移過程，建立了炔烴向β-二氟烷基疊氮的轉化，發展了新型的1,2-疊氮遷移反應。

圖2 銀催化炔烴氫疊氮化及相關串聯反應

銀催化炔烴與異氰的偶聯反應

異氰是一類具有特殊結構的卡賓，被視為一氧化碳的等電子體，與過渡金屬有強配位能力，常用於構建異氰-金屬配合物，但是這種強配位作用使異氰難以從金屬中心解離，難以參與有機反應。銀的d10軌道電子全充滿，與異氰配位時反饋π-鍵弱，因此異氰與銀離子結合弱，易於解離。由此可見銀是催化異氰活化具有潛力的過渡金屬。理論計算進一步證實了這種弱配位活化作用：異氰和異氰銀中異氰基團的C原子和N原子NBO電荷分別為0.324 (0.226)和-0.559 (-0.367)，異氰與銀配位後異氰基團的親電性顯著增加。

基於以上背景，畢錫和小組發展了系列銀催化炔烴與異氰的偶聯反應，合成了一系列重要的含氮分子。例如，利用銀催化劑首次實現了非活化端炔與異腈的[3+2]環加成反應；結合實驗與理論計算的進一步研究，我們提出了一種可能的自由基反應機制；發展了異腈與炔丙醇的偶聯/氧遷移反應，合成了2,3-聯烯醯胺、中氮茚類化合物、烯基碸以及苯丙五元雜環類化合物；基於官能化的異氰，建立了炔烴的直接Csp-H氰基化反應。

圖3 銀催化活化炔烴與異氰反應

以上研究總結發表在Acc. Chem. Res.，Paramasivam Sivaguru博士為第一作者，畢錫和教授為通訊作者。研究工作得到國家自然基金（21961130376, 21871043, 21522202, 21372038, 21172029和20902010）的連續資助。

文章連接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00623

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