導(dǎo)語(yǔ)
羅海清教授課題組簡(jiǎn)介 課題組成立于2012年，現(xiàn)有研究人員6名，包括教授1名和碩士研究生5名。目前主要致力于有機(jī)合成方法學(xué)研究，研究范疇包括有機(jī)硅試劑的制備與過(guò)渡金屬催化下有機(jī)硅試劑參與的偶聯(lián)反應(yīng)研究、含氟有機(jī)化合物的合成等。
羅海清教授簡(jiǎn)介 羅海清，教授，碩士生導(dǎo)師。2000年和2003年本科和碩士分別畢業(yè)于蘭州大學(xué)，2012年于新加坡南洋理工大學(xué)獲博士學(xué)位，隨后2012-2013年、2014-2015年在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)以助研和訪學(xué)學(xué)者身份進(jìn)行進(jìn)修。作為主持人承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)項(xiàng)目2項(xiàng)，教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金1項(xiàng)，江西省自然科學(xué)基金1項(xiàng)，江西省教育廳項(xiàng)目2項(xiàng)。曾受邀擔(dān)任Chemical Science, Organic Letters和Journal of Organic Chemistry等有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域多個(gè)知名期刊的審稿人。
前沿科研成果 銠(III)催化下非環(huán)烯酰胺與芳基硅烷的直接C–H芳基化反應(yīng) 烯酰胺及其衍生物是一類重要的化學(xué)物質(zhì)，它們具有顯著的化學(xué)穩(wěn)定性，烯酰胺的官能團(tuán)化是合成有價(jià)值的手性胺衍生物和天然產(chǎn)物的重要途徑。烯酰胺類化合物也可以通過(guò)不同的合成轉(zhuǎn)化來(lái)加速構(gòu)建具有生物活性的藥物分子，且在分子材料領(lǐng)域也有重要應(yīng)用，所以烯酰胺的官能團(tuán)化是一類重要的化學(xué)反應(yīng)。但是，非環(huán)狀烯酰胺的β-C(sp2)?H芳基化反應(yīng)鮮有報(bào)道，因此，開發(fā)一種更有效、更實(shí)用的非環(huán)狀烯酰胺的C(sp2)?H芳基化反應(yīng)方法非常必要。同時(shí)，有機(jī)硅試劑作為一種重要的金屬試劑，因其具有易儲(chǔ)存、易操作、低毒等優(yōu)點(diǎn)引起廣泛關(guān)注，近年來(lái)，過(guò)渡金屬催化下芳基硅試劑參與的偶聯(lián)反應(yīng)也得到快速發(fā)展。作為課題組前期發(fā)展的過(guò)渡金屬催化下芳基硅試劑的偶聯(lián)反應(yīng)成果（RSC Adv. 2016, 6, 39292-39295; Chem. Commun. 2017, 53, 956-958; RSC Adv. 2019, 9, 18191-18195; Asian J. Org. Chem. 2020, 9, 2083-2086; 綜述：Chin. J. Org. Chem. 2015, 35, 802-812）的進(jìn)一步探究，本文以銠(Ⅲ)作為催化劑，實(shí)現(xiàn)了非環(huán)狀烯酰胺與芳基硅烷的高立體選擇性β-C(sp2)?H芳基化反應(yīng)（圖1），反應(yīng)產(chǎn)物為單一的Z式構(gòu)型。 圖1.銠(III)催化下非環(huán)烯酰胺高選擇性的β-C(sp2)?H芳基化反應(yīng) （圖片來(lái)源：Org. Lett.） 首先，作者以N-芐基-N-(1-苯基乙烯基)乙酰胺和苯基三乙氧基硅烷作為底物對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，反應(yīng)在最優(yōu)條件下以92%的收率得到了單一的目標(biāo)產(chǎn)物。接著，作者用X射線晶體分析明確證實(shí)了該產(chǎn)物是Z構(gòu)型，并且產(chǎn)物的1H和13C核磁共振（NMR）數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道一致。為了考察該種合成方法的底物適用范圍，作者探究了一系列含不同連接基團(tuán)的烯酰胺底物（圖2）。作者首先對(duì)底物中含有供電子基團(tuán)如甲基、甲氧基等進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)這些底物均能順利反應(yīng)且得到良好的產(chǎn)率。接著，作者也探究了含多取代基團(tuán)的底物，發(fā)現(xiàn)其具有良好的官能團(tuán)兼容性。值得一提的是，該反應(yīng)對(duì)鹵素取代基表現(xiàn)出良好的耐受性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明：含有吸電子基團(tuán)和供電子基團(tuán)的一系列非環(huán)狀烯酰胺底物，都可以與此反應(yīng)體系良好地兼容。此外，從含有鄰位、間位和對(duì)位的甲氧基或溴取代基的產(chǎn)物產(chǎn)率可以知道，位阻效應(yīng)對(duì)該反應(yīng)的影響較小。隨后，N原子上有不同取代基的底物也被用來(lái)測(cè)試反應(yīng)。結(jié)果表明，當(dāng)使用其他N-芐基和N-甲基取代烯酰胺時(shí)，反應(yīng)都能以很高的產(chǎn)率獲得目標(biāo)產(chǎn)物。此外，丙酰基官能團(tuán)取代乙?；鶗r(shí)，反應(yīng)也能以86%的產(chǎn)率得到目標(biāo)產(chǎn)物。 圖2. 非環(huán)烯酰胺的底物普適性考察 （圖片來(lái)源：Org. Lett.） 為了進(jìn)一步評(píng)估底物的范圍，作者利用芳環(huán)上具有不同取代基的各種芳基硅烷進(jìn)行反應(yīng)（圖3）。從圖中可看出，烯酰胺的直接芳基化反應(yīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的官能團(tuán)耐受性，對(duì)于芳基硅烷芳環(huán)上的不同取代基如烷基、烷氧基、氟、氯、三氟甲基和芳基等富電子基團(tuán)或缺電子基團(tuán)都展示了優(yōu)異的官能團(tuán)耐受性。同時(shí)，具有鄰位、間位和對(duì)位甲基取代基的三乙氧基芳基硅烷都能以非常高的產(chǎn)率得到預(yù)期產(chǎn)物，這表明空間位阻對(duì)反應(yīng)的影響并不明顯。最后，作者考察了含有噻吩基和吡啶基結(jié)構(gòu)的雜芳基硅烷，但只有前者表現(xiàn)出較好的反應(yīng)活性。 圖3.芳基硅試劑的底物普適性考察 （圖片來(lái)源：Org. Lett.） 為了證明該合成方法的實(shí)用性，作者進(jìn)行了一個(gè)克級(jí)反應(yīng)（圖4）。結(jié)果表明，在不影響反應(yīng)效率的情況下，反應(yīng)采用1 mol%的Rh催化劑也可以順利進(jìn)行且得到高產(chǎn)率的目標(biāo)產(chǎn)物。此外，作者還成功地進(jìn)行了Pd/C催化的烯酰胺3a加氫反應(yīng)，以88%的收率得到了所需的還原產(chǎn)物5。同時(shí)，作者還發(fā)現(xiàn)芳基化產(chǎn)物3a可經(jīng)過(guò)Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步C?H芳基化，以61%的產(chǎn)率獲得四取代烯烴的目標(biāo)產(chǎn)物6。 圖4. 克級(jí)反應(yīng)和3a的轉(zhuǎn)化反應(yīng) （圖片來(lái)源：Org. Lett.） 為了更好地了解相關(guān)反應(yīng)機(jī)理，作者探究了兩種不同類型的烯酰胺1f和1i的分子間競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)（圖5），結(jié)果顯示它們的產(chǎn)物之比為3f/3i = 1.2，表明缺電子的烯酰胺比富電子的烯酰胺具有更高的反應(yīng)活性。同時(shí)，作者還研究了該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)（KIE），該反應(yīng)的KIE值為1.25，表明C?H鍵斷裂不是該反應(yīng)的決速步驟。 圖5. 機(jī)理探究實(shí)驗(yàn) （圖片來(lái)源：Org. Lett.） 最后，基于以上控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果和以往文獻(xiàn)的報(bào)道，作者提出了一個(gè)可能的實(shí)驗(yàn)機(jī)理（圖6）。如圖6所示，首先通過(guò)C(sp2)?H鍵活化，烯酰胺1a與Cp*Rh(III)絡(luò)合物環(huán)化形成六元環(huán)中間體A，接著氟離子對(duì)C-Si鍵進(jìn)行活化從而促進(jìn)轉(zhuǎn)金屬化反應(yīng)，形成Cp*Rh(III)-芳基中間體B，B進(jìn)一步通過(guò)還原消除得到芳基化產(chǎn)物3a。最后，通過(guò)Cu(II)鹽對(duì)Cp*Rh(I)重新氧化成Cp*Rh(III)完成了整個(gè)催化循環(huán)。 圖6. 可能的反應(yīng)機(jī)理 （圖片來(lái)源：Org. Lett.） 總結(jié)：作者開發(fā)了一種 [Cp*RhCl2]2催化下活化非環(huán)狀烯酰胺的C(sp2)?H鍵直接芳基化反應(yīng)。該方法具高效、高立體選擇性、廣泛的底物范圍、良好的官能團(tuán)耐受性和利用環(huán)境友好的芳基硅烷等特點(diǎn)。該研究為合成各種芳基化的非環(huán)狀烯酰胺衍生物提供了一種高效、實(shí)用的途徑。 這一成果近期發(fā)表在Org. Lett.上（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c03578），第一作者為二年級(jí)碩士研究生李小蘭。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（21762002）、江西省自然科學(xué)基金（20192BAB213007）和江蘇省自然科學(xué)基金（BK20181066）資助。
