烯丙基胺是天然產(chǎn)物、農(nóng)用化學品和藥物中普遍存在的結(jié)構基序。因此，許多研究都致力于開發(fā)有效的構建方法。過渡金屬催化的碳氮鍵形成是合成烯丙基胺和其他含氮化合物的有力工具。二烯和聯(lián)烯的后過渡金屬催化的氫化胺化能夠通過區(qū)域選擇性碳氮鍵的形成，由簡單的起始原料直接和原子經(jīng)濟地合成烯丙基胺。炔烴也是通過炔烴原位異構化為丙二烯進行轉(zhuǎn)化的可行底物。值得注意的是，這種方法將底物范圍限制在使用烷基取代的炔烴。另一種催化氫化氨基烷基化策略的特點是在簡單炔烴和胺原料的α-碳之間形成碳碳鍵。雖然這種轉(zhuǎn)化的化學計量變體已被很好地確立，但催化變體至今仍是未知的。
氫氨基烷基化，其中胺的α-C-H鍵被添加到烯烴上，可以被后過渡金屬、前過渡金屬和光催化劑催化。早期過渡金屬經(jīng)常被忽視，但由于其豐富和低成本而具有吸引力。雖然炔烴的催化氫化氨基烷基化以前是未知的，但化學計量反應是由Buchwald首創(chuàng)的，并由Norton和其他人進一步發(fā)展(方案1a)。將各種烷基和芳基取代的炔烴插入鋯氮烷的鋯碳鍵中，形成了可觀察到的五元金屬環(huán)。插入產(chǎn)物的含水后處理提供了α，β，γ-烯丙基胺產(chǎn)物C，以及化學計量量的氧化鋯副產(chǎn)物。值得注意的是，這些化學計量研究表明，炔烴插入第4族金屬氮丙啶可以在室溫下實現(xiàn)，但催化翻轉(zhuǎn)不能在任何條件下實現(xiàn)。
盡管作者的小組和其他小組已經(jīng)實現(xiàn)了N，E螯合的早期過渡金屬絡合物在烯烴加氫氨基烷基化催化方面的進展，但這些體系均未顯示與炔烴底物的反應性。為了應對這一挑戰(zhàn)，作者考慮了從烯烴氫氨烷基化催化劑的研究中獲得的機理見解，其中DFT計算揭示了類似于B的五元金屬環(huán)中間體的質(zhì)子化。這個高能過渡態(tài)需要胺配位到配位飽和的金屬中心。作者假設，使用胺配位不超過優(yōu)選配位數(shù)的催化劑將降低質(zhì)子化的障礙，并允許與具有挑戰(zhàn)性的炔烴底物反應的催化轉(zhuǎn)化。最近，作者報道了使用Zr（NMe2）4作為催化劑，將烯烴與空間上需要的N-（三甲基甲硅烷基）胺進行加氫氨基烷基化反應。在氫化胺化催化中，作者發(fā)現(xiàn)帶有束縛雙(脲)配體的鋯絡合物(見方案2)很容易形成七配位絡合物，該絡合物可用于中性胺的配位，以實現(xiàn)所需的締合催化周轉(zhuǎn)步驟。近日，溫哥華不列顛哥倫比亞大學Laurel L. Schafer課題組，發(fā)現(xiàn)了一種已知的束縛雙(脲)鋯絡合物催化炔烴的氫氨基烷基化生成烯丙基胺(方案1b)，可能部分是通過使胺配位用于質(zhì)子化分解步驟。這些機理見解得到了模型催化中間體的表征和反應性研究的支持，并提出了初步的底物范圍研究。J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 20566?20571
最初的研究是通過合成模型復合物開始的，該模型復合物利用束縛的雙(脲)配體(方案1)來研究炔烴氫氨基烷基化所涉及的化學計量轉(zhuǎn)化?；旌贤榛０方j合物是金屬氮丙啶的已知前體。因此，通過在室溫下將1當量的N-(三甲基甲硅烷基)芐胺引入到相應的二芐基絡合物的甲苯溶液中來制備絡合物1(方案2，頂部和S4頁)。以71%的收率分離出無色結(jié)晶固體形式的六配位體1，并對其進行了完全表征。向配合物1的C6D6溶液中加入吡啶，通過假定形成七配位物種，誘導通過β-H提取消除甲苯。在室溫下，觀察到從無色到橙色的立即變化，將該溶液加熱至65 ℃1小時，得到深紅色溶液。使用1H核磁共振光譜，觀察到1的氨基和芐基配體的診斷亞甲基共振消失，伴隨著1當量甲苯的形成。此外，對應于芐基氫的4.18 ppm的新單線態(tài)和對應于吡啶的2，6-Hs的兩組寬信號支持2的形成。從適用于x光衍射的冷己烷中生長的晶體證實了2的分子結(jié)構(圖1，左側(cè))。七配位鋯氮烷2具有扭曲的五邊形雙錐幾何結(jié)構，氮丙啶部分位于軸向位置。用一個模型鋯氮烷中間體，研究了氫化氨基烷基化的炔烴插入步驟。
在室溫下，將1當量的二苯基乙炔加入到2的甲苯溶液中，立即導致顏色從紅色變?yōu)闊o色。1H核磁共振波譜顯示2的芐基共振消失，在5.73ppm出現(xiàn)新的單線態(tài)，與五元金屬環(huán)3的形成一致(方案2，右)。此外，配位吡啶確保保留七配位絡合物。使用從冷己烷中生長的晶體，通過x光結(jié)晶學(圖1，右)證實了3的結(jié)構。配合物3具有扭曲的五邊形雙錐幾何結(jié)構，炔烴底物形成赤道Zr1-C3鍵。由于中性吡啶供體配位在鋯碳鍵旁邊，3在配位仲胺的存在下被引發(fā)質(zhì)子化。
為了探索質(zhì)子化步驟，將3溶解在C6D6中，并用3.5當量的吡咯烷處理(方案2，底部)。在室溫下5分鐘后，1H核磁共振波譜顯示完全消耗3并形成已知的配合物4，吡啶，和4.90 ppm的對應于烯丙基胺5a的芐基氫的新雙合物。這些結(jié)果表明，使用簡單的胺底物，而不是質(zhì)子化學計量處理，可以實現(xiàn)容易的產(chǎn)物釋放。我們提出由束縛的雙(脲)配體穩(wěn)定的空間開放的配位球促進了這種反應性。最重要的是，所描述的化學計量反應提供了催化炔烴氫氨基烷基化的框架(方程式1)。在C6D6中使用原位催化劑生成方案，用11摩爾% Zr(NMe 2)4和10摩爾%雙(脲)醇，在145℃下，N-(三甲基甲硅烷基)芐胺與二苯基乙炔反應24小時，產(chǎn)生所需的烯丙基胺5a，產(chǎn)率為60%，由1H核磁共振光譜測定(等式1)。此外，觀察到氫化胺化作為副反應，以14%的產(chǎn)率產(chǎn)生相應的烯胺5b。還形成了其他幾個不明次要產(chǎn)物。
以前使用束縛的雙(脲酸)鋯催化劑進行炔烴與仲胺的加氫胺化反應的工作表明，芳胺在加氫胺化反應中沒有反應性。64，65因此，通過使用N-芐基苯胺作為加氫氨基烷基化底物，避免了加氫胺化產(chǎn)物，并且在24小時后以82%的產(chǎn)率產(chǎn)生了所需的烯丙基胺作為唯一的有機產(chǎn)物(方程式1)。
使用N-芐基苯胺作為基準胺底物，在與等式1相同的條件下，研究了幾種二芳基乙炔。用給電子基團或吸電子基團(7-10)取代一個苯基的4個位置，雖然CF3取代的炔烴(63%)的產(chǎn)率有更明顯的降低，但產(chǎn)率還是有所降低。在每種情況下，區(qū)域選擇性可以忽略不計。相反，由于吡啶基氮的導向能力，用2-吡啶基(11)取代苯基取代基導致一個區(qū)域異構體的唯一形成。然而，由于在鋯(NME 2)4預催化劑活化時與二甲胺的競爭性氫化胺化，觀察到產(chǎn)率顯著降低。更極化的1-苯基-1丙炔以中等的產(chǎn)率(12)給出了良好的區(qū)域選擇性，而環(huán)己基取代的變體(13)提供了產(chǎn)率的增加，盡管沒有觀察到顯著的區(qū)域選擇性。對12和13中區(qū)域異構體分布的比較表明，空間效應和電子效應都會影響反應的區(qū)域選擇性。事實上，1-苯基-2三甲基甲硅烷基乙炔，既有電子偏壓又有空間偏壓，只形成一個區(qū)域異構體(14)。
使用二苯基乙炔作為炔烴也研究了胺底物的幾種變化(表2)。用甲基取代苯胺部分的4-位得到了與未取代的N-芐基苯胺相似的結(jié)果(84%產(chǎn)率，15%)。隨著反應時間的延長，相應的氯取代大大降低了產(chǎn)率(16)，而氟取代芳烴僅略微降低了產(chǎn)率(17)。相比之下，用甲基(18)取代芐基片段的4-位需要48小時的反應時間才能達到72%的產(chǎn)率，而氯(19)和氟(20)取代僅在24小時內(nèi)就得到與15相當?shù)漠a(chǎn)率。這種效應可能是由于更多缺電子芐基的芐基碳氫鍵的鍵離解能降低。還獲得了19的固態(tài)分子結(jié)構，證實其被指定為E異構體?？偟膩碚f，在初步的底物范圍掃描中，胺和炔烴底物上的給電子和吸電子取代基都是容許的。
總之，可以實現(xiàn)炔烴的催化氫化氨基烷基化以得到烯丙基胺產(chǎn)物。發(fā)現(xiàn)帶有有利于形成七配位絡合物的束縛雙(脲)配體的鋯絡合物促進催化反應所需的化學計量轉(zhuǎn)化。模型中間體的分離和表征表明，鋯中心的空間可用性在促進插入反應和挑戰(zhàn)催化轉(zhuǎn)化所需的質(zhì)子化反應中起著作用。該系統(tǒng)還可以催化炔烴氫氨基烷基化。通過使用更多的缺電子芳基胺作為胺底物來抑制氫化胺化反應，可以提高α，β，γ-烯丙基胺的產(chǎn)率。胺和炔烴底物上的幾個給電子基團和吸電子基團是可容忍的，以得到所需的產(chǎn)物。未來的方向集中在反應機理的詳細研究上，包括拴系的雙(脲)配體在促進催化轉(zhuǎn)化中的特殊作用。這些機理的見解將被用來修改配體設計，以提高這種氫氨基烷基化反應的活性、區(qū)域選擇性和立體選擇性，這為制備烯丙基胺提供了一種新的途徑。
