|
电化学合成法，尤其是将电催化与有机金属C–H活化相结合的方法，已成为分子合成过程中的有力工具。尽管取得了显著的进展，电化学C–H活化仍然存在一些限制，比如催化剂仅限于钯和钴以及底物分子中必须有强配位的含氮导向基团。 来自德国哥廷根大学的Lutz Ackermann课题组一直致力于可持续的C–H官能化方法研究。在前期工作中，课题组结合电化学与钴催化方法，实现了室温下芳烃的C-H氧化和芳烃或烯烃与炔烃的环化。近日，Ackermann课题组在Angew. Chem. Int. Ed.上报道了首例电化学和有机金属作用下弱配位底物的C–H活化（DOI: 10.1002/anie.201802748）。该研究具有以下特点：（i）首次电化学氧化促进的钌催化C–H活化；（ii）弱配位的苯甲酸与炔烃进行环化，并且电是唯一的氧化剂；（iii）反应机制涉及关键钌(0)中间体的电化学氧化过程（图1）。 图1. 弱配位底物的电化学C–H活化 （来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 研究初期，作者以邻甲基苯甲酸1a和二苯乙炔2a为模型底物，对电化学环化反应的条件进行了优化（图2）。实验结果显示，钌(II)催化反应在极性质子溶剂中效果较好，最佳反应溶剂为叔戊醇/水（3/1）；添加1当量的特戊酸钠可以显著提升反应收率；反应温度由100 ℃降至80 ℃时收率可以进一步提升。对照实验凸显了钌催化剂的出色性能，并且钌催化剂对空气和水有良好的耐受性。 图2. 反应条件优化 （来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 有了最佳反应条件之后，作者对环化反应的底物进行了拓展。芳基甲酸底物的研究结果表明（图3）：富电子和缺电子苯甲酸均能顺利反应，其中富电子苯甲酸的收率较高；噻吩和呋喃甲酸也能适应这类反应条件；对于间甲基苯甲酸等含有两个C–H反应位点的底物，反应发生在空间位阻较小的C–H上。除了苯甲酸之外，苯甲酰胺也能在电化学和钌催化作用下进行C–H/N–H官能化反应（图4）。另一方面，二取代炔烃底物的研究结果表明（图5）：二芳基、二杂芳基和二烷基取代的炔烃都能高效转化为环化产物；对于取代基分别为芳基和烷基的不对称炔烃，反应具有优异的区域选择性，即芳基部分会选择性地连接到苯甲酸的氧原子上。 图3. 芳基甲酸底物拓展 （来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 图4. 苯甲酰胺底物拓展 （来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 图5. 炔烃底物拓展 （来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 为了探究这类电化学作用下以弱配位方式进行的C–H活化反应的机制，作者设计了同位素标记实验和分子间竞争实验，并对钌(0)中间体的电氧化过程进行了循环伏安法分析。然后作者提出了如图6所示的催化循环过程：苯甲酸1在钌催化剂7作用下发生C–H活化，生成钌(II)环化物8和两分子羧酸；接下来炔烃迁移插入得到七元钌(II)环化物10，快速还原消除后转化为三明治型钌(0)配合物6；最后，6经阴极氧化重生为7。 图6. 可能的催化循环过程 （来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 总结： Ackermann课题组首次报道了电化学和钌催化作用下弱配位基团辅助的C–H活化，实现了苯甲酸和炔烃底物的分子间环化。反应中电是唯一的氧化剂，氢气是唯一的副产物，表明该C–H官能化方法具有可持续性并且对环境友好。
|
|
|
