【有机】ACS Catal.：铑催化实现烯烃、芳基硼酸和二噁唑酮的三组分碳胺化反应
步骤简洁且区域选择性地实现烯烃的双官能团化是一类非常重要的转化，此类反应可以直接实现从简单原料到复杂产物的转化。在众多双官能团化的反应类型中，烯烃的碳胺化反应可以同时构筑碳碳键和碳氮键得到高附加值的含氮化合物，此类分子在药物中间体以及药物合成中有广泛的应用。目前，烯烃可以以分子内环化的方式实现烯烃的碳胺化反应，但是合成的都是环状类型的产物。
2015年，Tomislav Rovis课题组实现了铑催化活化烯烃的碳胺化反应，在他们的反应设计中，N-enoxyphthalimide同时作为反应的氮源和碳源（Scheme 1a）。随后，Glorius课题组结合钴催化N-phenoxyamides类化合物的碳氢键活化反应实现了丙烯酸酯的碳胺化反应（Scheme 1b）。最近，Cramer课题组又实现了此反应的不对称版本。2018年之后，Ellman课题组基于铑催化的碳氢键活化实现了烯烃的1,1-碳胺化反应（Scheme 1c）。
此外，基于氨基喹啉类导向基团的活化，可以实现钯或镍催化烯烃的线性碳胺化反应；也可以利用生成的碳自由基和氮自由基实现自由基类型的烯烃碳胺化反应。目前，烯烃的碳胺化反应面临着如下的挑战：（1）导向基团的安装与脱除；（2）自由基类型反应的区域选择性调控；（3）复杂底物的合成。
为了解决目前烯烃碳胺化反应面临的问题，哥伦比亚大学的Tomislav Rovis课题组以简单的羧酸衍生物二噁唑酮作为的反应的氮源、芳基硼酸作为碳源实现了铑催化烯烃的三组分碳胺化反应（Scheme 1d）。对于此类反应的反应机理，作者提出了如下的设想：首先芳基亲核试剂与三价铑催化剂发生转金属化得到芳基铑中间体，然后发生配体的解离与烯烃的配位、插入过程形成新的碳碳键，最后经过乃春插入、还原消除反应得到碳胺化产物。相关研究成果发表在ACS Catal.上（DOI: 10.1021/acscatal.1c02406）。
对于此三组分的反应来讲，反应过程中不可避免地会产生一些副产物，比如芳基硼酸碳碳键偶联生成的产物、芳基硼酸与二噁唑酮偶联生成的产物以及反应中间体可能发生β-氢消除生成Heck类型的产物。此外，烯烃与乃春中间体也可能直接反应得到氢胺化产物。这些副反应对反应条件的优化提出了不小的挑战（Scheme 1d）。
（来源：ACS Catal.）
首先，作者对反应条件进行了优化，以[Cp*RhCl2]2作为催化剂、碳酸氢钠作为添加剂、甲醇作为反应溶剂，室温下得到丙烯酸苄酯碳酰胺化的产物4a（Table 1）。此外，作者还对氮源进行了筛选，除了甲基取代的二噁唑酮3a，其它类型的氮源包括：Ts-N3、Ts-NH-OPiv都不能进行此类反应。除了[Cp*RhCl2]2之外，其它类型的催化剂包括[Cp*Rh(MeCN)3](SbF6)2、[Rh(COD)2Cl]2、[Cp*CoCl2]2或者[Cp*IrCl2]2都不能够发生此类反应。
（来源：ACS Catal.）
在得到最优的反应条件之后，作者对底物的适用范围进行了考察（Scheme 2）。对于供电子、缺电子类型的芳基硼酸，反应结束之后都可以得到双官能团化的产物。对于不同的活化烯烃，反应结束之后可以以中等的收率得到目标化合物。此外，对于不同烷基取代的二噁唑酮类底物，反应也有较好的兼容性。
（来源：ACS Catal.）
结合机理方面的实验（Scheme 3），作者提出了如下的反应机理（Scheme 4）。首先，铑络合物I与芳基硼酸发生转金属化得到芳基铑络合物II，然后发生烯烃的迁移插入得到铑中间体物IV。随后，二噁唑酮与富电类型的烷基铑配位、脱除二氧化碳得到铑络合物VII。最后，经过还原消除得到目标产物以及催化剂，催化剂进行下一个循环。
（来源：ACS Catal.）
（来源：ACS Catal.）
总结：Tomislav Rovis课题组以简单的羧酸衍生物二噁唑酮作为的反应的氮源、芳基硼酸作为碳源实现了铑催化烯烃的三组分碳胺化反应。