過(guò)渡金屬催化的無(wú)張力C-C單鍵裂解可以非傳統(tǒng)方法來(lái)合成復(fù)雜的有機(jī)分子，吸引了越來(lái)越多化學(xué)家的關(guān)注。雖然目前已經(jīng)有大量關(guān)于C-C單鍵官能團(tuán)化反應(yīng)的報(bào)道，但可裂解的C-C鍵類型仍然有限，通常只適用于C-C鍵的鄰位具有極性基團(tuán)（如氰基、羰基、亞胺基和羥基）的化合物。關(guān)于非極性C-C鍵解離的反應(yīng)目前還未報(bào)道。
近年來(lái)，日本慶應(yīng)大學(xué)的Fumitoshi Kakiuchi 教授通過(guò)螯合輔助的C-C鍵裂解實(shí)現(xiàn)了銠催化烯丙基苯的烯基化反應(yīng)（Scheme 1A）。初步的機(jī)理研究表明，烯烴的加氫金屬化以及螯合輔助下β-碳消除作用裂解了C-C鍵（Scheme 1B）。最近，該課題組利用銠催化劑Cp*Rh（III）有效地將苯乙烯衍生物中的C(芳基)-C(烯基)鍵轉(zhuǎn)化為新的C-C鍵（Scheme 1C）。該方法條件簡(jiǎn)單，底物范圍廣，適用于具有吡唑基導(dǎo)向基團(tuán)的苯乙烯、未活化的脂肪族烯烴和烯丙醇等多種烯烴。相關(guān)成果近期發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.0c02232）。
（圖片來(lái)源: J. Am. Chem. Soc.）
研究初始，作者以帶有導(dǎo)向基團(tuán)的異丙烯基苯衍生物（1a）和苯乙烯（2a）為模型底物進(jìn)行探索（Table 1），并確定了最佳反應(yīng)條件為：[Cp*Rh(CH3CN)3][SbF6]2（3a）作催化劑，EtOH為溶劑，底物在回流條件下反應(yīng)3小時(shí)，以94％的分離收率得到烯基化產(chǎn)物4aa。此外，增加催化劑的量以及延長(zhǎng)時(shí)間，含2-吡啶基導(dǎo)向基團(tuán)的底物（5）能以85％的核磁收率得到目標(biāo)產(chǎn)物（6）。
（圖片來(lái)源: J. Am. Chem. Soc.）
隨后，作者對(duì)底物范圍進(jìn)行了考察（Table 2）。首先考察了具有各種對(duì)位取代基的苯乙烯的范圍。具有給電子基團(tuán)的苯乙烯衍生物均能以優(yōu)秀的收率得到目標(biāo)產(chǎn)物（4ab-4ad），帶有吸電子基團(tuán)的苯乙烯衍生物也能參與反應(yīng)（4ae）。此外，該反應(yīng)對(duì)多種鹵代基團(tuán)具有耐受性（4af-4ah）。也適用于具有鄰位取代基的苯乙烯衍生物（4ai）。該策略還可適用于具有鄰位取代基團(tuán)的吡唑基丙烯基苯衍生物（4ba-4ca ，4da-4fa）。值得一提的是，具有間位取代基團(tuán)的吡唑基丙烯基苯衍生物可以較高收率獲得目標(biāo)產(chǎn)物（4ga）。用該課題組開發(fā)的其他方法還可將產(chǎn)物的吡唑基轉(zhuǎn)化為氨基（eq 1）。
（圖片來(lái)源: J. Am. Chem. Soc.）
隨后，作者考察了其他烯基底物的范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該反應(yīng)適用于1-丙烯基苯基吡唑（eq 2）、二苯乙烯衍生物（eq 3）以及具有1-(4-甲氧基苯基)乙烯基的底物（eq 4）。增加催化劑用量并延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，二苯乙烯衍生物的芳基會(huì)發(fā)生1,2-遷移生成產(chǎn)物4aa （eq 5）。
（圖片來(lái)源: J. Am. Chem. Soc.）
緊接著，作者對(duì)未活化的脂肪族烯烴和烯丙醇底物進(jìn)行考察。多種未活化脂肪族烯烴可以高效地得到偶聯(lián)產(chǎn)物（Table 3）。對(duì)于含多種烷基取代的烯丙醇化合物，反應(yīng)均能以良好至優(yōu)秀的收率獲得相應(yīng)的β-?；榛a(chǎn)物（11ab-11ae）（Table 4）。
（圖片來(lái)源: J. Am. Chem. Soc.）
最后，作者做了氘代實(shí)驗(yàn)（Scheme 2），并提出了可能的催化循環(huán)（Figure 1）。首先，原位生成的氫化銠化合物對(duì)烯烴進(jìn)行加氫金屬化（A→B→C），隨后C經(jīng)螯合輔助的β-碳消除作用，得到銠環(huán)中間體D（C→D）。然后苯乙烯經(jīng)2,1-插入反應(yīng)區(qū)域選擇性地插入Rh-C鍵中，最后經(jīng)β-氫消除得到目標(biāo)產(chǎn)物4和氫化銠物種A（D→E→F→A）。
（圖片來(lái)源: J. Am. Chem. Soc.）
小結(jié)：Fumitoshi Kakiuchi 課題組開發(fā)了一種通過(guò)C-C鍵的斷裂實(shí)現(xiàn)苯乙烯衍生物官能團(tuán)化的新策略。該策略體系簡(jiǎn)單，底物范圍廣，對(duì)苯乙烯、未活化的脂肪族烯烴和烯丙醇等多種烯烴均適用。值得一提的是，這是苯乙烯衍生物中烯基轉(zhuǎn)化為各種碳官能團(tuán)的第一個(gè)例子。在該反應(yīng)中，C-C鍵是通過(guò)加氫金屬化和β-碳消除途徑裂解的。
