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DFT计算表明,Rh 催化的 BCB 选择性 C1-C2 键活化是通过动力学反应性 C1-C8 键的氧化加成、所得罗丹环的脱羰和重新插入 CO 来实现的,这是由驱动热力学上更稳定的 C(芳基)-M 中间体IM1形成的(Scheme 1a)。还发现 C8 位置的取代基可能会增加 C1-C2 的选择性。这些结果表明,除了热力学原因外,空间效应也可能在控制区域选择性方面发挥重要作用。继对惰性 C−Cσ键的选择性功能化的持续兴趣之后,四川师范大学宋飞杰课题组设想在 BCB 的 C3 位置引入取代基可能会阻断相邻的 C1-C2 键并强制切割远端的、受阻较小的 C1-C8 键(Scheme 1c)。为了证明的概念,研究了带有 3-烷氧基的 BCB 与炔烃的分子间反应,原因如下:1)烷氧基在转化后很容易被去除和官能化; 2) 该反应将导致 1,8-萘二醇衍生物的形成,使设计的化学更有价值。如Scheme 1d所示 ,1,8-萘二醇是在各种天然产物中发现的关键结构基序、生物活性化合物、配体、和有机功能材料。Murakami 和其他人已经很好地开发了热诱导或碱促进的 [4+2] 型苯并环丁烯醇扩环和 C1-C8 键断裂。本文描述的方法代表了一种替代方法,其优点是 pH 中性条件、较低的反应温度和高步骤经济性,可避免羰基预活化为醇。
首先,3-MeO取代BCB 1与二苯基乙炔2进行了测试。如Table 1所示,使用 Ni II配合物作为预催化剂要么不产生产物,要么提供萘3a和3a'的混合物,分别由 C1-C8 和 C1-C2 键断裂产生(entry1 and 2)。3a和3a'的结构通过单晶X射线分析得到明确证实。通过使用Ni(cod) 2作为催化剂和膦作为配体提高了所需萘3a的产率(entry 5-10)。经过各种参数的广泛筛选(表 S1),发现最佳条件是 5 mol % Ni(cod) 2作为催化剂,5 mol % ( p -MeOC6H4)3P作为催化剂配体,甲苯作为溶剂,在80℃下保持 16 小时(entry 10)。在这些条件下,在粗反应混合物中检测到3a有94%NMR收率,只有得到3%的3a'。尽管已经报道了通过逆 4π 环化在高温下加热 BCBs 的 C1-C8 键断裂的一些例子,尚未实现 BCB 与未活化炔烃的 [4+2] 环加成。事实上,对照实验表明在没有镍催化剂的情况下没有发生所需的反应,排除了热环加成途径的可能性(entry 1)。
掌握优化条件后,进一步研究了 BCB 的范围(Table 2)。各种保护基上的羟基的BCB的,包括烷基,苄基,甲硅烷基和甲氧基甲基的基团,分别为当前条件下很好地兼容(Table 2, 3a–3e)。BCB在4,5或6位存在供电子性或吸电子基团顺利进行的环反应(Table 2, 3 f–3i)。值得指出的是,6-氯基也耐受(Table 2, 3i)。我们高兴地看到,含有3-氨基BCB也参与反应,和有用的8-羟基-1-萘胺3j的是在78%的产率生成。但是,在3位带有游离羟基或氯基的 BCB 未能参与反应。
接下来,探讨了炔烃的范围。对称二芳基炔烃与吸电子取代基,如乙酰基,氟和三氟甲基,在邻位,间位,或对位位置上的所有行顺利的环反应 (Table 3, 3 k–3 o)。二杂芳基和二烷基炔烃也成功地在可接受的产率生成 (Table 3, 3 p and 3 q)。只有微量的3 r 1,2-双(4-甲氧基苯基)乙炔在标准条件下得到。考虑到路易斯酸与炔烃或 BCB 的配位可能会增加反应性,然后筛选了各种路易斯酸(表 S2),发现 20 mol % Mg(OTf) 2显着提高了效率以优异的产率提供萘3 r。使用其他富含电子的二芳基炔也获得了类似的结果。例如,1,2-双(4-甲基苯基)乙炔在标准条件下反应不成功。然而,通过使用 20 mol % Mg(OTf) 2作为添加剂以 72 % 的产率获得了3s(Table 3)。
如Table 4所示,对于不对称炔烃获得了不同的结果。1-芳基炔烃的反应产生了相应的产物3 t和3 u,具有优异的区域选择性。在这些情况下,仅分离出烷基与羟基相邻的萘。这种区域选择性与在 Ni 催化的环丁酮、环丁烯酮、和3-氮杂环丁酮4与炔烃的环化反应中观察到的一致(Table 4, 3 v and 3 w)。在这些情况下,主要异构体的结构没有得到证实。其他不对称炔烃,如苯乙炔、1-苯基-2-(三甲基甲硅烷基)乙炔和 1-苯基-1-己炔不是合适的伙伴,它们在标准条件下不反应或聚合。
接下来,尝试去除封闭基团(Table 5)。发现通过Co(acac) 2和LAH可以方便地去除甲氧基。芳基、杂芳基和烷基取代的萘3均以良好至极好的收率转化为相应的脱甲氧基产物4。值得注意的是,其它醚基团,如甲氧基甲氧基组也可去除(表 5,图4a)。因此,与 Martin 的工作相比,该方法通过使用可移除的封闭基团实现了选择性的正式转换。
为了理解区域选择性的起源,研究了在3位具有不同取代基的BCB。与脂族(ET)或芳基(PH)组3-甲氧基的取代不影响区域选择性(Scheme 2),表明含氧基团是不是在控制部位选择性必要的。C3-未取代的 BCB 9通过选择性 C1-C2 键断裂进行 [4+2] 环化(scheme 2b)。这些结果清楚地表明,BCBs 的 C1-C8 选择性是由位阻导致的,即通过封闭 3 位而不是镍催化剂与烷氧基和羰基的配位。此外,BCB 11的反应在 8 位带有甲基的化合物以低得多的产率得到所需产物12(scheme 2c)。在空间上要求更高的 BCB 13在 8 位带有两个甲基未能参与反应(scheme 2 d)。相比之下,在Martin的工作中研究的相应的 C3 未取代的 BCB 14在我们的标准条件下顺利地进行了环化反应,具有与Martin小组报告的相同的区域选择性。8没有观察到由 C1-C8 键断裂产生的产物。这些结果清楚地证明了反应的空间敏感性。
作者为了更加了解反应机理,进行了几种化学计量反应,基于这些结果和之前的报告,在Scheme 3中提出了一种暂定机理 。反应起始于炔烃与Ni 0的配位。所得物质IM2与 BCBs 1 的氧化加成得到五元复合物IM3。在这一步中,3 位的空间位阻有利于激活受阻较小的 C1-C8 键而不是 C1-C2 键。随后炔烃迁移插入IM3的 C(CO)-Ni 键提供七元镍环IM4,它与更稳定的六元配合物IM5处于平衡状态。复杂的IM4然后进行还原消除以提供最终产品3并再生 Ni 0。
由于 1,8-萘二醇的合成重要性,进一步探索了该方法的合成应用。首先,萘3a可以以克规模制备(scheme 4)。随后,3a经历了各种转化,包括溴化、甲基化、去甲基化和氧化,以提供许多合成有用的中间体(scheme 4b)。由于在各种天然产物中存在高度氧化的多环,化合物23的形成特别有吸引力。
总之,通过使用Ni催化阻断策略实现了插入炔烃的BCBs的高选择性C1-C8键断裂,这为合成结构重要的1,8-二取代萘提供了一种直接的方法,包括1, 8-萘二醇。重要的是,转化后可以方便地去除封闭基团。他们实验室目前正在进行进一步研究,以扩展材料科学中的潜在应用并制备基于 C1-C8 键活化的其他有价值的化合物。
doi.org/10.1002/anie.202106709

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