【方法学】Maiti《Nature Commun,》通过亚胺实现间位C-H官能团化

引言

文章第一作者为Sukdev Bag,共同一作为Sadhan Jana
该文通讯作者为Debarata Maiti
该研究通过亚胺形成临时的导向基团,实现芳环上间位C-H活化官能团化
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 简介
Heck反应是一个经典的C-C键形成反应,常用于卤代芳香烃直接进行烯基化:
非活化的芳烃,经过活化生成有机钯中间体,随后与活化的烯烃经过C-H键偶联,该反应被称为Fujiwara-Moritani:
但是,由于芳烃没有活化,生成的芳基钯中间体没有位点选择性,与烯烃偶联后,生成的芳基烯烃化合物,同样也是无区域选择性的。
导向(DG)基团辅助策略,广泛应用于选择性C-H官能团化。该策略尤其适用于天然产物和药物的后期修饰和多样化。
通过合适距离和几何修饰的导向,获得优秀的间位C-H活化官能团化
但是,这些研究中,通常需要额外的步骤,引入导向基团,在实现所需位点C-H官能团化后,再脱去导向基团。
为了实现更高效的间位C-H官能团化,作者希望设计一个“临时的导向基团”,该导向基团可以可逆地与底物进行键结,同时还可以与金属中心具有较强的配位作用:
通过临时导向基团,实现邻位C-H官能团化,已经得到了深入的研究。此外,2016年,余金权团队通过类似策略,实现了beta-C(sp3)-H的官能团化:
有鉴于此,作者希望设计一个合适的临时导向基团,实现更远端的间位C-H活化官能团化:
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探索与优化

苯环在形成亚胺时起到关键作用,一方面可以生成刚性的几何结构,另一方面在诱导远端C-H官能团化时具有足够的稳定性。因此,考虑距离与空间关系,以联苯甲醛为底物,研究底物-临时导向基团。
1a为模型底物,与丙烯酸乙酯进行反应,在Pd(OAc)2和N-Ac-Gly-OH催化下,两当量醋酸银,二氯乙烷为溶剂,探索临时导向基团对间位C-H活化烯基化影响:
在尝试TDG1或TDG2氨基苯腈类型配体是,要么没有检测到产物,或者仅检测到区域选择性很差的痕量产物。这可能原因在于:1)Pd催化剂失活;2)Pd与亚胺以及氰基发生双齿螯合。亚胺和氰对催化剂之间的竞争配位,导致多种产物生成。
为了避免上述原因导致催化剂失活以及多产物现象,设计杂环化合物2-(3-吡啶基)苯胺作为临时导向基团
结果,吡啶基苯胺TDG3和含给电子取代基(MeO)的吡啶基苯胺TDG4为临时导向基团时,无反应或者仅少量(<2%)原料转化为复杂产物。进一步探索吡啶上取代基的影响,发现缺电子取代基F在吡啶基团时,观测到C-H活化的偶联产物,间位与邻位取代比例为3:1。随后,再尝试了Cl、氰基、酯基等吸电子基团,反应没有进行。后续,吡啶环上并苯基时候,反应同样没有发生。
接下来,相对于TDG3和TDG5,苯胺上有吸电子取代基F时候,吡啶环上无取代,收率5%,选择性提高至4:1;吡啶环上同样有F取代时,收率提高至21%,并且间位和邻位选择性提高至5:1
进一步,作者继续筛选更加却电子的单齿配体。发现嘧啶取代的苯胺TDG16,进一步提高收率至31%。
随后,苯胺环邻位为F取代时,收率为38%,间位与邻位比例为8:1。当反应中加入醋酸铜,提高丙烯酸酯用量到3当量,反应收率进一步提高至77%,间位产物与其他取代比例提高至15:1
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适用范围

获得了反应的最佳条件后,作者对该反应的底物适用范围进行广泛的研究。
首先,是不同类型的烯丙基底物:
从结果可知,该反应对于多种多样类型的丙烯酸脂底物都具有良好的兼容性。丙烯酸脂上含有多羧酸酯基、三氟甲基、氰基、酮、内烯烃、多氟取代烷烃、复杂结构片段等,都可以顺利进行该类型反应,并且以良好的区域选择性和产率得到目标化合物。
随后,尝试联苯醛的底物类型:
也获得了优良的结果
接下来,进一步尝试联苯胺类型底物:
可以看到,这些类型底物同样可以高间位选择性地获得C-H官能团化产物
应用研究
最后,作者对产物进行应用研究:
可以发现,联苯醛类型底物,经过间位C-H活化烯基化后,生成了相应的丙烯酸脂产物。该产物含有醛基、双键、酯基,因此可以参与多种后续的衍生化反应,转化为结构多样的衍生物
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机理

作者提出了该反应可能的机理过程:
底物与临时导向基团通过可逆的亚胺官能团实现拼接
随后,与金属钯发生协同配位,得到中间体过渡态II
进一步,与烯烃发生协同配位,通过1,2-迁移插入,转化为中间体IV
最后,经过beta-H消除,生成间位C-H活化烯基化临时产物V,该产物在酸性条件下,亚胺键发生断裂,生成产物和释放临时导向基团
此外,经过还原消除生成零价钯,再经过银氧化,生成二价钯催化剂

评述

总的来说,作者开发了一个临时导向基团,用于实现芳香醛或芳香胺类型底物间位C-H活化官能团化。该方法具有非常广泛的底物、官能团适用性。所制备的产物,还可以进一步衍生化,制备多样性的衍生物。
化解 chem,一起全合成
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