1、有机化学有机化学 Chinese Journal of Organic Chemistry REVIEW *Corresponding authors.E-mail:; Received May 20,2022;revised August 9,2022;published online August 25,2022.Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.22025109,21772202),the Beijing National Laboratory for Molecular S
2、ciences(No.BNLMS-CXXM-201901)and the K.C.Wong Education Foundation.国家自然科学基金(Nos.22025109,21772202)、北京分子科学国家实验室(No.BNLMS-CXXM-201901)和王宽诚教育基金会资助项目.Chin.J.Org.Chem.2023,43,116 2023 Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences http:/sioc- DOI:10.6023/cjoc202205033 综述与进展综述与进展 过渡金属
3、催化的酮羰基导向 CH 键官能化反应进展 陈泗林a,b 杨芸辉*,b,c 陈 超*,a 王从洋*,b,c(a五邑大学生物科技与大健康学院 广东江门 529020)(b中国科学院化学研究所 中国科学院分子识别与功能重点实验室 北京 100190)(c中国科学院大学 北京 100049)摘要摘要 近二十年来,过渡金属催化的酮羰基导向 CH 键活化已发展成为在酮的非传统反应位点构建碳碳键和碳杂键(杂原子为氮、氟和氧原子等)的强有力而快捷的手段.其中,钌、铑、钯、铱等贵金属催化的酮羰基导向 CH 键活化反应得到了广泛研究,而廉价 3d 金属锰、铁和钴催化的酮羰基导向 CH 活化反应逐渐成为当前研究的热
4、点.文中按照过渡金属催化的酮羰基导向 CH 键官能化的不同反应类型(烷基化、烯基化、酰胺化、芳基化、环化等)综述了该领域近年来(20142021)的研究进展.关键词关键词 过渡金属;催化;酮羰基;CH 键官能化;有机合成 Advances in Transition-Metal-Catalyzed Keto Carbonyl-Directed CH Bond Functionalization Reactions Chen,Silina,b Yang,Yunhui*,b,c Chen,Chao*,a Wang,Congyang*,b,c(a School of Biotechnology an
5、d Health Sciences,Wuyi University,Jiangmen,Guangdong 529020)(b CAS Key Laboratory of Molecular Recognition and Function,Institute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190)(c University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049)Abstract In the past two decades,transition-metal-cata
6、lyzed keto carbonyl-directed CH bond activation has evloved as a powerful and convenient tool for the construction of CC and CX(XN,F,O)bonds at the unconventional reaction sites of ketones.Among them,keto carbonyl-directed CH bond activation reactions catalyzed by noble metals,involving ruthenium,rh
7、odium,palladium and iridium,have been widely explored,whilst inexpensive 3d metals,such as manganese,iron and cobalt,have gradually emerged as hotspot catalysts in keto carbonyl-directed CH activation reactions recently.In this review,advances on transition-metal-catalyzed keto carbonyl-directed CH
8、bond functionalization reactions from 2014 to 2021 are summarized,which are devided by reaction categories such as alkylation,alkenylation,amidation,arylation,cyclization,and so on.Keywords transition metals;catalysis;keto carbonyl;CH bond functionalization;organic synthesis 过渡金属催化的惰性 CH 键活化反应因其原子和步
9、骤经济性受到广泛关注,是当前合成化学领域最活跃的研究热点之一.贵金属催化剂,尤其是钌、铑、钯和铱等配合物在 CH 键活化反应中展现出了高效的催化性能,在该领域占据了主导地位.近年来,随着廉价 3d金属催化的兴起,诸如锰、铁和钴等金属配合物也越来越多地被用于催化 CH 键官能化反应.导向基团的使用是目前实现区域选择性的 CH 键官能化反应最成功的策略之一.通过导向基团与金属催化中心的配位螯合作用,使得 CH 键金属化反应“定点”发生在邻位或其他位置,形成五元或多元环金属中间体,进而发生后续官能化反应.酮羰基虽然是历史上较早用于 CH 键金属化的导向基团之一,然而过渡金属催化的酮羰基导向 CH 键
10、官能化反应面临诸多挑战.1993 年,Murai 等1报道了钌催化的酮导向芳烃CH 键烷基化反应,高效地实现了芳酮邻位碳碳键的 有机化学 综述与进展 2 http:/sioc- Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences Chin.J.Org.Chem.2023,43,116 构建2.此后,该领域的研究渐趋活跃,2014 年左右已有相关的综述对该领域进行了总结.近年来,早期的贵金属催化体系以及逐渐发展起来的廉价 3d 金属催化体系被越来越多地用于酮羰基导向的 CH 键官能化反应中,该领域又涌现出了大量的
11、新的研究成果.因此,本综述根据不同的反应类型,对近年来(20142021)涌现的酮羰基导向 CH 键官能化反应进行了归纳总结与展望.1 酮羰基导向的邻位烷基化反应酮羰基导向的邻位烷基化反应 烯烃是 CH 键烷基化反应中最常用的烷基化试剂之一,具有 100%的原子经济性.其中,烯烃对碳-金属键的插入反应是构建新的碳碳键的关键步骤3.非对称烯烃的插入反应通常存在区域选择性,最终生成直链型和支链型烷基化的混合产物.配体的精准调控是实现选择性烷基化反应的策略之一.此外,采用高价碘盐、重氮化合物或有机金属试剂作为烷基化试剂也是获得单一区域选择性产物的有效途径.2014 年,Bower 课题组4在报道的I
12、r(cod)2BF4/rac-BINAP 催化体系5的基础上,通过向铱金属中心引入缺电子、大螯合角的 dFppb 配体(dFppb1,4-bisdi-(pentafluorophenyl)phosphinobutane,即 1,4-双二(五氟苯基)膦丁烷),实现了具有高度区域选择性的芳酮邻位CH 键的单烷基化反应.Murai 等1早先报道的 RuH2-(CO)(PPh3)3催化的羰基导向芳烃CH键对烯烃的氢化芳基化反应主要得到直链型加成产物,而该反应在Ir(cod)2BF4/dFppb 催化条件下能够以优于 211 的支链/直链选择性实现芳基/烷基酮或二芳基酮对苯乙烯的氢化芳基化反应.选择性反
13、转的关键在于缺电子且大位阻的双膦配体加速了反应的还原消除步骤,同时控制了产物的选择性(Scheme 1).该反应中铱催化体系的支链选择性与Murai报道的钌催化体系的直链选择性互为补充,为研究芳烃 CH 键对烯烃加成反应区域选择性的控制及催化体系的设计提供了重要借鉴.金属铁是地壳内含量最为丰富的过渡金属元素.2017 年,Kakiuchi 课题组6采用 Fe(PMe3)4为催化剂,在无任何外加配体和添加剂的条件下,实现了芳酮邻位CH 键对端烯的反马氏加成反应,得到一系列直链型的芳酮邻位烷基化产物.机理研究标明,产物的直链选择性主要取决于氢金属化步骤的区域选择性,而非还原消除步骤.此外,该反应具
14、有较为广泛的底物适用性,芳基烷基酮、二芳基酮及苯并环酮和乙烯基硅烷、脂肪端烯、苯乙烯、烯醇醚及烯胺均能兼容于该反应体系,并以中等到优秀的产率生成相应的反马氏加成产物(Scheme 2,a).随后,Kakiuchi 课题组7又采用 N-乙烯基 ORRO+PhIr(cod)2BARF(5 mol%)dFppb(5 mol%)Dioxane100 120 oC,24 48 hROHPhEtOPh64%25:1aabranched:lineariPrOPh74%21:1atBuOPh80%25:1aPhOPh84%25:1aIrAr2PLPAr2ORIrAr2PLPAr2PhMelinear sele
15、ctivitybranch selectivityacceleratedreductiveeliminationPhup to quantitativeSelected examples:图式图式 1 铱催化芳酮邻位 CH 键支链选择性烷基化反应 Scheme 1 Iridium-catalyzed CH bond branch-selective al-kylation of aryl ketones RO+R1R1=alkyl,aryl,SiR23,OR3,NR42Fe(PMe3)4(5 25 mol%)Neat or 1,4-dioxane50 70 oC,0.25 40 hROR1RO
16、FeR1HROFeR1ROFeR1up to 99%yieldhydrometalationhydrometalationHFe(PMe3)4(5 20 mol%)+R2OR2ONNup to 86%yield(R4=H)R1R1Neat or cyclohexane or toluene60 oC,20 h+R3R3NR4R4R2OR1Hup to 11%NMR yield(R4=H or Ph)R4(a)(b)图式图式 2 铁催化芳酮邻位 CH 键直链选择性烷基化反应 Scheme 2 Iron-catalyzed CH bond linear alkylation of aryl ketones 吲哚为烷基化试剂实现了 Fe(PMe3)4催化的芳酮邻位CH 键的烷基化反应.与其前期工作6不同之处在于,Chinese Journal of Organic Chemistry REVIEW Chin.J.Org.Chem.2023,43,116 2023 Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Scien