 一直以来，惰性C−H键的活化都是一个备受关注的领域。在过去十年中，化学家们使用贵金属在这一领域做了大量工作，由于贵金属储量稀少、成本高昂，化学家不得不将重心从贵金属转移到第一行过渡金属，希望能得到类似的甚至更好的实验效果。近些年，有研究者利用原位生成Co(0)、高价态Co(III)来实现C−H键官能化。利用高价态钴的主要缺点是需要使用昂贵的手性环戊二烯配体或需要大量的Ag(I)或Mn(III)参与反应（Scheme 1）。Ag(I)或Mn(III)的主要作用是通过电子转移将Co(I)再次氧化为有活性的Co(II)/Co(III)，但是并不涉及底物的激活或氧化，这与光催化中电子在受体和供体之间发生转移的情况类似。 因此，印度理工学院Basker Sundararaju教授及其合作者提出，利用光氧化还原催化剂等电子转移试剂代替氧化剂，与钴催化协同作用可实现C−H键和N−H键的官能化。相关文章发表在ACS Catal.上，论文题为“Room-Temperature C-H Bond Functionalization by merging Cobalt and Photoredox Catalysis”（DOI: 10.1021/acscatal.8b02118）。 （来源：ACS Catal.） 作者以苯甲酰胺1a和二苯基乙炔2a为反应物对反应条件进行了研究（Table 1）。以10 mol%Co(acac)2为催化剂，3 mol%[Ru(bipy)3]2+2Cl-为光敏剂，2当量的NaOPiv为碱，1a和2a在1个大气压氧气和可见光照条件下反应24 h得到目标产物异喹诺酮（3aa），分离产率为97%（entry 1）。这一结果证明了作者提出的双催化方法是正确的。作者对反应条件进行了进一步的筛选。结果显示，钴催化剂和足量的氧气是反应的必需条件（entries 2−3），碱用量减少对反应无影响，但碱缺失导致产率降低（entries 5−8）。Na2[EosinY]用量从10 mol%降低到3 mol%，产物的产率也很高（entry 9−10）。 （来源：ACS Catal.） 接下来，作者研究了苯甲酰胺底物的适用范围（Scheme 2）。结果显示，邻位、间位、对位取代的苯甲酰胺底物都有良好的产率（3ba−3ka）。此外，萘、芳香杂环酰胺得到的目标产物也都有很好的分离产率（3ma−3ra）。最后，作者还发现，即使在噻吩、吡唑、吡啶、嘧啶和7−氮杂吲哚等强螯合导向基团的存在下，反应仍可以很好的进行。 （来源：ACS Catal.） 接着，作者对对称与非对称炔烃化合物进行了考察（Scheme 3）。结果显示，对称炔烃能以良好的产率得到产物（3ab−3af），非对称炔烃得到的产物具有很高的区域选择性，且芳香基总是连接在酰胺N原子的邻位(3ag−3an)。 （来源：ACS Catal.） 最后，作者提出催化反应机制（Scheme 6）。Co(II)首先经过配体交换，然后通过电子转移氧化成Co(III)，同时伴随着Na2EosinY*的还原，Co(III)通过协同金属化/去质子化反应得到中间体C。除此之外，Co(II)也可通过有氧氧化生成Co(III)，再与1a配位和环金属化得到C，随后，炔烃与钴环C进行配位，并在Co−C之间进行区域选择性插入，得到七元烯基中间体E，E经过还原消除得到相应的产物3或5，并生成Co(I)。随后光敏剂Na2EosinY*将Co(I)氧化为Co(II)，同时产生Na2EosinY·-，它是一种极强的还原剂，可以还原反应中存在的三重态氧，完成催化循环。
（来源：ACS Catal.） 总结：作者以苯甲酰胺和炔烃为底物，通过钴与光的协同催化实现了C−H键和N−H键的官能化，得到了高选择性、高产率的产物，成功地减少了氧化剂的使用。 ·END· |
|
|
