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【方法学】Vitale《JOC》HNTf2催化炔醛偶联制备多取代萘

 化解Chem 2021-10-19

引言

文章第一作者为Sudipta Ponra
该文通讯作者为Maxime R. Vitale, Veronique Michelet, Virginie Ratovelomanana-Vidal
 
使用有机布朗斯特酸催化苯基乙醛和炔之间的苯环化反应,实现多取代萘化合物的制备



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 简介

取代萘化合物具有广泛的应用价值,在光学和电子材料中有大量的应用,此外,含多取代萘环的化合物还具有特殊的生理活性:

 
通过催化形式上[4+2]环加成过程,制备取代萘化合物,是一个高效的方法:

Larock等人使用Pd(0)催化乙烯基或芳基碘代物或三氟甲磺酸酯与炔烃之间的苯环化,实现多取代萘环的构建;
Aaso和Yamamoto等人通过pi-Lewis酸金属催化2-炔基苯甲醛与炔烃之间进行苯环化,亦可合成多取代萘;
此外,通过苯乙醛和芳炔之间的缩合环化也是不错的方法。不过,通常需要化学计量的四氯化钛或三氯化铁。Li和Balamurugan团队使用价格昂贵的三氯化镓(GaCl3)或AuCl3/AgSBF6可以催化该反应进行。所有这些例子,都是通过Lewis酸辅助实现,还未见Brønsted酸催化的报道
作者在本文中报道了首例Brønsted酸三氟甲磺酰亚胺(HNTf2)催化的苯乙醛和芳乙炔化合物之间的苯环化反应,构建多取代的萘衍生物

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探索与优化

首先以2-甲基-2-本基乙醛和1-苯基-1-丙炔为模型底物,探索该反应:

首先,使用InCl3作为催化剂,在100 oC下进行反应,5小时后转化率达到90%,GC收率为74%;接着相同条件下,在室温进行反应,发现反应也可以进行,但是收率降至33%
进一步尝试其他催化剂,发现InBr3, In(OTf)3都可以催化该反应进行,并且获得较高收率。随后尝试In(NTf2)3,反应速率快,8小时即可完全转化,GC收率达到85%。进一步地,尝试发现HNTf2是该反应的有效催化剂。最后,尝试三氟甲磺酸也可以促进该反应,但是收率中等;而甲磺酸则反应效果很差,GC收率仅为3%。
接下来,进一步优化催化剂的用量,发现15 mol%为最佳;底物芳炔的用量以1.5当量为宜;溶剂筛选后仍然以DCE为最优;在优化条件下,该反应室温进行13小时,即可完全转化,分离收率可达70%




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适用范围

获得了反应的最佳条件后,首先研究芳乙醛类型底物的适用范围:

从结果可知,芳环上含给电子取代基团或强吸电子取代基团,反应均可以顺利进行,只是强吸电子基团取代时收率有所下降
另外,苯乙醛2位可以是烷基、芳基取代;无取代的苯乙醛也可以顺利进行该反应
 
随后,对于炔底物进行适用性研究:

类似的,芳基上卤素取代或烷基取代,都可以获得良好收率的取代萘;芳基烷基乙炔或二芳基乙炔都可以顺利进行该反应;还可以看到,不饱和的炔酮类化合物亦可用于制备取代萘;此外,炔卤化合物以中等收率制备相应的卤代萘化合物

应用研究
作者将该方法进行克级合成应用:

该反应在空气中可以顺利进行,反应收率和小规模基本保持一致。表面该反应具有良好的放大制备应用潜力
 
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机理
作者提出了该反应可能的机理过程:

Brønsted酸三氟甲磺酰亚胺(HNTf2)质子化醛羰基,活化羰基碳
随后,芳乙炔对醛羰基碳进攻,生成两性离子物种,苄位带正电荷
接着,芳环对带正电荷的苄乙烯基位点发生亲电芳基化
中间体C的羟基在Brønsted酸三氟甲磺酰亚胺(HNTf2)质子化后,发生脱水,Tf2N阴离子夺取质子重生为催化剂,同时生成取代萘环化合物


评述

该研究,作者主要是发现HNTf2作为Brønsted酸催化苯乙醛和芳乙炔之间的苯环化反应,实现多取代萘的制备
不过,炔烃类型底物局限与芳炔类型,此外,该反应总体收率水平处于中等至良好,这些都是有待进一步解决的问题


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