2019-12-11 10:24 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
卡賓催化產生的簡單醯基唑中間體，因其只有一個反應位點，其參與的多米諾反應至今仍難以實現。中國科學院化學研究所葉松研究員課題組和中國科學院大學汪志祥教授課題組通過反應設計，實現了首例經簡單醯基唑中間體參與的卡賓催化多米諾反應。
卡賓是一類高效的有機小分子催化劑。近年來，卡賓催化研究領域取得迅速發展，實現了多類催化反應。其中，利用卡賓催化生成醯基唑或α，β-不飽和醯基唑中間體的氧化反應被大家熟知（圖1a）。多米諾反應以一鍋生成兩個或多個化學鍵，快速有效地構建較複雜化合物，在有機化學合成中發揮了非常重要的作用。卡賓催化產生的α,β-不飽和醯基唑中間體已廣泛應用於發展多米諾反應（圖1b），但是，卡賓催化產生的簡單醯基唑中間體，因其只有一個反應位點，其參與的多米諾反應至今仍難以實現（圖1c）。
圖1. 卡賓催化醯基唑中間體的研究背景與挑戰
受CDC（氧化交叉脫氫偶聯）反應啟發，中國科學院化學研究所葉松研究員課題組和中國科學院大學汪志祥教授課題組合作，通過反應設計將親核試劑和親電試劑同時引入反應過程（圖1c），使用高價碘為氧化劑，氮雜環卡賓（NHC）催化，經氧化生成簡單醯基三唑中間體，進而實現了芳香醛分子內胺α位加氧反應。這是首例經簡單醯基唑中間體參與的卡賓催化多米諾反應。
圖2
通過反應條件篩選，作者確立了以卡賓為催化劑，醋酸碘苯（III）（PIDA）為氧化劑，1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷（DABCO）為鹼，1,4-二惡烷作溶劑的最佳反應條件。隨後作者對反應條件的普適性進行了驗證：分別對2-（四氫異喹啉-2-基）苯甲醛中兩個苯環結構上的取代基（圖2，2a-2m）、苯甲醛α位為不同的環胺（圖2，2n–2p）和吡咯苯甲醛的苯環結構的取代基（圖2，2r–2w）進行了一系列調整。實驗結果顯示，不同底物在此反應條件下均可高效參與且產率可觀。值得一提的是，多米諾產物2可轉化成硫羰酸酯，這是合成很多天然產物、雜芳族化合物以及二氟化合物的重要底物。
圖3
隨後，作者通過一系列控制實驗來對可能的反應機理進行了研究並通過密度泛函理論計算支持了從醛/胺到α-位加氧產物的多米諾兩階段機理：通過生成醯基唑中間體，卡賓催化氧化醛反應物生成羧酸（圖3），隨後PIDA繼續氧化羧酸生成目標產物。其中，在第一段反應過程裡，反應生成的醋酸根離子協助質子轉移生成了Breslow中間體（圖3，IM3），不同與以往高價碘直接的親電模式，在卡賓參與下產生了一種新型氧化模式（圖4）。
圖4. 新型Breslow中間體的氧化模式
此研究拓寬了氮雜環卡賓催化的反應類型，也為相關高碘化合物的應用與機理研究提供了新思路。該工作以Research Article的形式發表在CCS Chemistry第四期。
文章詳情：
Intramolecular α-Oxygenation of Amines via N-Heterocyclic Carbene-Catalyzed Domino Reaction of Aryl Aldehyde: Experiment and DFT Calculation
Xiang-Yu Chen , Chao-Shen Zhang , Liang Yi , Zhong-Hua Gao , Zhi-Xiang Wang & Song Ye
Cite this: CCS Chem. 2019, 1, 343–351
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原標題：《CCS Chemistry | 中科院化學所葉松&中國科學院大學汪志祥：經簡單醯基唑中間體參與的卡賓催化多米諾反應》
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