概要
過渡金屬催化的導向碳氫鍵官能化反應由于其步驟經(jīng)濟性以及碳氫鍵在有機分子中的普遍存在的特性，展示出了廣闊的應用前景。導向的直接碳氫鍵官能化主要通過環(huán)金屬化的金屬有機中間體進行，雖然環(huán)金屬化反應多報道于后過渡金屬，但是含有Csp2-鐵和Csp3-鐵鍵的鐵碳環(huán)金屬有機化合物也有過報道。E. Nakamura等人首次發(fā)現(xiàn)通過生成鐵碳環(huán)中間體可以實現(xiàn)雜原子導向的C-H活化C-C鍵生成反應[1, 2]。鐵作為地殼中儲量最大的過渡金屬元素，由于其大儲量以及廉價無毒的特性，鐵催化作為一種環(huán)境友好且可持續(xù)的催化劑[3, 4]，在碳氫鍵活化中的運用近年開始受到了廣泛的關(guān)注。目前該反應已經(jīng)拓展到Csp2-H以及Csp3-H與親核試劑以及親電試劑[6, 7]的反應，展示出了潛在的發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊?/span>
基本文獻
[1] Norinder, J.; Matsumoto, A.; Yoshikai, N.; Nakamura, E. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5858. DOI: 10.1021/ja800818b
[2] Yoshikai, N.; Matsumoto, A.; Norinder, J.; Nakamura, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 2925. DOI: 10.1002/anie.200900454
[3] Nakamura, E.; Yoshikai, N. J. Org. Chem. 2010, 75, 6061. DOI: 10.1021/jo100693m
反應機理
該類型的鐵催化導向碳氫官能化反應與以往的很多自由基類型的鐵催化反應不同，該類鐵催化的碳氫鍵活化是通過與貴金屬Pd，Rh等類似的環(huán)金屬化（cyclometallation）中間體進行。反應涉及到鐵碳環(huán)的生成，以及鐵碳環(huán)參與的還原消除或者氧化加成反應。由于鐵金屬有機中間體在分離上的困難，目前該反應的機理并不是十分明確。研究指出針對具體的情況“還原的低價鐵”以及三價鐵都可以作為活化碳氫鍵的活性物種。反應中活化碳氫鍵所使用的堿目前主要依賴于金屬有機試劑這一類強堿。1，2-二氯代烷烴常作為該反應中氧化鐵催化劑的氧化劑。
反應實例
鐵催化的氮原子導向的直接碳氫鍵芳基化反應[1]
鐵催化的非自由基C(sp3)-H直接芳基化[5]
鐵催化的直接碳氫活化烯丙基化(與親電試劑直接偶聯(lián))[7]
實驗步驟
以反應實例1為例。在零度的冰水浴中，在惰氣保護下，往0毫摩爾的反應物的無水無氧四氫呋喃溶液中加入乙酰丙酮鐵以及配體，得到反應物和催化劑的混合物。在另一個Schlenk反應管中將格式試劑與鋅鹽混合并攪拌20分鐘。將預先混合的催化劑和底物的混合溶液轉(zhuǎn)移到制備的鋅試劑溶液中。最后往該反應混合物中加入1，2-二氯異丁烷，然后在冰水浴中攪拌16小時。反應結(jié)束后，通過加入酒石酸鈉鉀的飽和水溶液淬滅反應。通過柱層析分離得到反應產(chǎn)物。
實驗技巧
由于該類反應使用到金屬有機試劑，如格氏試劑和鋅試劑，反應對于溶劑的干燥程度要求比較高。使用新制的金屬有機試劑是更佳的選擇，這是由于久置的金屬有機試劑往往由于保管不當而含有金屬氫氧化物，這會抑制鐵催化劑的活性。
轉(zhuǎn)自：化學空間
