注册 English

远程选择性碳氢活化的近期进展:模板与配体设计

杨国强 ,  白尼克 ,  张万斌

downloadPDF
引用本文: 杨国强, 白尼克, 张万斌. 远程选择性碳氢活化的近期进展:模板与配体设计[J]. 催化学报, 2016, 37(1): 98-101. doi: 10.1016/S1872-2067(15)61008-7 shu
Citation:  Guoqiang Yang, Nicholas Butt, Wanbin Zhang. Recent advances of remote selective C-H activation: Ligand and template design[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(1): 98-101. doi: 10.1016/S1872-2067(15)61008-7 shu

远程选择性碳氢活化的近期进展:模板与配体设计

  • 1.

    上海交通大学化学化工学院, 上海200240

    • 通讯作者: 张万斌
摘要: 碳氢键广泛存在于有机分子中,一个分子中往往存在着多个反应性相近的碳氢键,因此位点选择性地进行碳氢活化官能团化是该领域的一个研究重点.利用导向基导向的邻位碳氢活化已经有大量的研究和报道.相比之下,由于缺少方法来控制反应位点,远程选择性碳氢活化很少被报道.大多数关于间位碳氢活化的例子是利用底物苯环上的电性或取代基的立体位阻来实现间位选择性官能团化,但这也限制了反应的底物范围和种类.如何能够克服电性和立体位阻的影响,专一性地定位远程碳氢键活化是很有挑战性的课题.余金权课题组开创性地提出了U型导向模板的概念,借助模板和氨基酸类配体的促进作用,可以实现多种不同底物的间位选择性碳氢活化反应.本文对近期的关于模板设计和配体发展的两例报道进行了介绍和评论.
2014年,余金权课题组开发了一类磺酰模板,用于实现吲哚啉、吲哚等的间位碳氢活化.在筛选不同模板时,发现有一例模板可以促进吲哚啉的对位碳氢烯基化反应,提高了反应的收率和选择性.这个例子表明,通过合理的模板设计可以实现对位选择性碳氢活化.
2015年,Maiti小组设计了一类更大环的联苯硅醚类模板,在氨基酸配体的协助下,实现了钯催化的甲苯类底物的对位选择性碳氢活化,可以进行烯基化和乙酰氧化反应.令人惊奇的是,拥挤的邻间位全取代甲苯的对位碳氢烯基化也可以较高收率得到目标产物.对于对位选择性碳氢活化,甲苯类底物的难度大于吲哚啉,但更难的是,缺电子官能团取代的苯的对位选择性碳氢活化,如苯甲酸类化合物.类似于Maiti设计的模板可能是解决该类难题的一条途径.
近期,Kanai小组报道了另一策略来实现远程选择性碳氢活化：具有次级作用力的双官能配体.Kanai等选择了铱催化碳氢硼化反应作为测试他们设计概念的模型反应,因为该反应中一般使用联吡啶类配体,且反应条件温和.在温和条件下, 氢键较易形成, Kanai等将具有较强成氢键能力的脲结构与联吡啶配位巧妙地结合在一个配体上,成功地实现了多种具有酰氧官能团取代的芳香化合物的远程碳氢硼化反应(主要为苯环的间位碳氢活化).与没有脲结构辅助的联吡啶配体相比,Kanai的配体明显提高了位点选择性.该方法的一个缺点是次级作用力较弱, 在较高温的反应条件下不易形成.但该方法仍然是远程碳氢活化的一个进步,具有很好的借鉴意义.
虽然远程选择性碳氢活化特别是在模板和配体设计方面已经取得了一些进展.但是该领域仍然面临很多挑战:(1)已有方法的反应条件较为局限,模板或配体种类较少且复杂,还有待开发;(2)适用的底物类型仍然较少, 特别是对位碳氢活化的底物类型;(3)远程选择性碳氢活化的不同官能团化反应还有待开发;(4)仍然没有有效的方法来实现烷基类底物的远程选择性sp3碳氢活化,这仍然是一个巨大的挑战.

English

    1. [1] O. Daugulis, H. Q. Do, D. Shabashov, Acc. Chem. Res., 2009, 42, 1074.[1] O. Daugulis, H. Q. Do, D. Shabashov, Acc. Chem. Res., 2009, 42, 1074.

    2. [2] D. A. Colby, R. G. Bergman, J. A. Ellman, Chem. Rev., 2010, 110, 624.[2] D. A. Colby, R. G. Bergman, J. A. Ellman, Chem. Rev., 2010, 110, 624.

    3. [3] T. W. Lyons, M. S. Sanford, Chem. Rev., 2010, 110, 1147.[3] T. W. Lyons, M. S. Sanford, Chem. Rev., 2010, 110, 1147.

    4. [4] T. Satoh, M. Miura, Synthesis, 2010, 3395.[4] T. Satoh, M. Miura, Synthesis, 2010, 3395.

    5. [5] K. M. Engle, T. S. Mei, M. Wasa, J. Q. Yu, Acc. Chem. Res., 2012, 45, 788.[5] K. M. Engle, T. S. Mei, M. Wasa, J. Q. Yu, Acc. Chem. Res., 2012, 45, 788.

    6. [6] F. W Patureau, J. Wencel-Delord, F. Glorius, Aldrichim. Acta, 2012, 45, 31.[6] F. W Patureau, J. Wencel-Delord, F. Glorius, Aldrichim. Acta, 2012, 45, 31.

    7. [7] L. Ackermann, Acc. Chem. Res., 2014, 47, 281.[7] L. Ackermann, Acc. Chem. Res., 2014, 47, 281.

    8. [8] J. Y. Cho, M. K. Tse, D. Holmes, R. E. Maleczka Jr., M. R. III. Smith, Science, 2002, 295, 305.[8] J. Y. Cho, M. K. Tse, D. Holmes, R. E. Maleczka Jr., M. R. III. Smith, Science, 2002, 295, 305.

    9. [9] T. Ishiyama, J. Takagi, K. Ishida, N. Miyaura, N. R. Anastasi, J. F. Hartwig, J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 390.[9] T. Ishiyama, J. Takagi, K. Ishida, N. Miyaura, N. R. Anastasi, J. F. Hartwig, J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 390.

    10. [10] R. J. Phipps, M. J. Gaunt, Science, 2009, 323, 1593.[10] R. J. Phipps, M. J. Gaunt, Science, 2009, 323, 1593.

    11. [11] C. Cheng, J. F. Hartwig, Science, 2014, 343, 853.[11] C. Cheng, J. F. Hartwig, Science, 2014, 343, 853.

    12. [12] J. F. Luo, S. Preciado, I. Larrosa, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 4109.[12] J. F. Luo, S. Preciado, I. Larrosa, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 4109.

    13. [13] Y. H. Zhang, B. F. Shi, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 5072.[13] Y. H. Zhang, B. F. Shi, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 5072.

    14. [14] X. S. Wang, D. Leow, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 13864.[14] X. S. Wang, D. Leow, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 13864.

    15. [15] M. C. Ye, G. L. Gao, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 6964.[15] M. C. Ye, G. L. Gao, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 6964.

    16. [16] O. Saidi, J. Marafie, A. E. W. Ledger, P. M. Liu, M. F. Mahon, G. Kociok-Köhn, M. K. Whittlesey, C. G. Frost, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19298.[16] O. Saidi, J. Marafie, A. E. W. Ledger, P. M. Liu, M. F. Mahon, G. Kociok-Köhn, M. K. Whittlesey, C. G. Frost, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19298.

    17. [17] L. H. Zhou, W. J. Lu, Organometallics, 2012, 31, 2124.[17] L. H. Zhou, W. J. Lu, Organometallics, 2012, 31, 2124.

    18. [18] Y. N. Wang, X. Q. Guo, X. H. Zhu, R. Zhong, L. H. Cai, X. F. Hou, Chem. Commun., 2012, 48, 10437.[18] Y. N. Wang, X. Q. Guo, X. H. Zhu, R. Zhong, L. H. Cai, X. F. Hou, Chem. Commun., 2012, 48, 10437.

    19. [19] F. L. Dai, Q. W. Gui, J. D. Liu, Z. Y. Yang, X. Chen, R. Q. Guo, Z. Tan, Chem. Commun., 2013, 49, 4634.[19] F. L. Dai, Q. W. Gui, J. D. Liu, Z. Y. Yang, X. Chen, R. Q. Guo, Z. Tan, Chem. Commun., 2013, 49, 4634.

    20. [20] X. F. Cong, H. R. Tang, C. Wu, X. M. Zeng, Organometallics, 2013, 32, 6565.[20] X. F. Cong, H. R. Tang, C. Wu, X. M. Zeng, Organometallics, 2013, 32, 6565.

    21. [21] N. Hofmann, L. Ackermann, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 5877.[21] N. Hofmann, L. Ackermann, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 5877.

    22. [22] C. J. Teskey, A. Y. W. Lui, M. F. Greaney, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 11677.[22] C. J. Teskey, A. Y. W. Lui, M. F. Greaney, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 11677.

    23. [23] D. Leow, G. Li, T. S. Mei, J. Q. Yu, Nature, 2012, 486, 518.[23] D. Leow, G. Li, T. S. Mei, J. Q. Yu, Nature, 2012, 486, 518.

    24. [24] H. X. Dai, G. Li, X. G. Zhang, A. F. Stepan, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 7567.[24] H. X. Dai, G. Li, X. G. Zhang, A. F. Stepan, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 7567.

    25. [25] L. Wan, N. Dastbaravardeh, G. Li, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 18056.[25] L. Wan, N. Dastbaravardeh, G. Li, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 18056.

    26. [26] R. Y. Tang, G. Li, J. Q. Yu, Nature, 2014, 507, 215.[26] R. Y. Tang, G. Li, J. Q. Yu, Nature, 2014, 507, 215.

    27. [27] G. Q. Yang, P. Lindovska, D. J. Zhu, J. Kim, P. Wang, R. Y. Tang, M. Movassaghi, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 10807.[27] G. Q. Yang, P. Lindovska, D. J. Zhu, J. Kim, P. Wang, R. Y. Tang, M. Movassaghi, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 10807.

    28. [28] Y. Q. Deng, J. Q. Yu, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 888.[28] Y. Q. Deng, J. Q. Yu, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 888.

    29. [29] S. Lee, H. Lee, K. L. Tan, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 18778.[29] S. Lee, H. Lee, K. L. Tan, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 18778.

    30. [30] M. Bera, A. Modak, T. Patra, A. Maji, D. Maiti, Org. Lett., 2014, 16, 5760.[30] M. Bera, A. Modak, T. Patra, A. Maji, D. Maiti, Org. Lett., 2014, 16, 5760.

    31. [31] M. Bera, A. Maji, S. K. Sahoo, D. Maiti, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8515.[31] M. Bera, A. Maji, S. K. Sahoo, D. Maiti, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8515.

    32. [32] S. D. Li, H. F. Ji, L. Cai, G. Li, Chem. Sci., 2015, 6, 5595.[32] S. D. Li, H. F. Ji, L. Cai, G. Li, Chem. Sci., 2015, 6, 5595.

    33. [33] X. C. Wang, W. Gong, L. Z. Fang, R. Y. Zhu, S. H. Li, K. M. Engle, J. Q. Yu, Nature, 2015, 519, 334.[33] X. C. Wang, W. Gong, L. Z. Fang, R. Y. Zhu, S. H. Li, K. M. Engle, J. Q. Yu, Nature, 2015, 519, 334.

    34. [34] P. X. Shen, X. C. Wang, P. Wang, R. Y. Zhu, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 11574.[34] P. X. Shen, X. C. Wang, P. Wang, R. Y. Zhu, J. Q. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 11574.

    35. [35] Z. Dong, J. C. Wang, G. B. Dong, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 5887[35] Z. Dong, J. C. Wang, G. B. Dong, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 5887

    36. [36] S. Bag, T. Patra, A. Modak, A. Deb, S. Maity, U. Dutta, A. Dey, R. Kancherla, A. Maji, A. Hazra, M. Bera, D. Maiti, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 11888.[36] S. Bag, T. Patra, A. Modak, A. Deb, S. Maity, U. Dutta, A. Dey, R. Kancherla, A. Maji, A. Hazra, M. Bera, D. Maiti, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 11888.

    37. [37] G. J. Cheng, Y. F. Yang, P. Liu, P. Chen, T. Y. Sun, G. Li, X. H. Zhang, K. N. Houk, J. Q. Yu, Y. D. Wu, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 894.[37] G. J. Cheng, Y. F. Yang, P. Liu, P. Chen, T. Y. Sun, G. Li, X. H. Zhang, K. N. Houk, J. Q. Yu, Y. D. Wu, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 894.

    38. [38] Y. Kuninobu, H. Ida, M. Nishi, M. Kanai, Nature Chem., 2015, 7, 712.[38] Y. Kuninobu, H. Ida, M. Nishi, M. Kanai, Nature Chem., 2015, 7, 712.

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  1121
  • HTML全文浏览量:  144
文章相关
  • 收稿日期:  2015-10-11
  • 网络出版日期:  2015-11-02
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net