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JACS：Rh催化末端炔烴的反馬氏氫氰化反應

來源: X-MOL 2017-06-22 11:32:24

過渡金屬催化的不飽和C-C鍵的氫氰化是一種有效構建腈類化合物的方法，可以廣泛應用在藥物化學、天然產物和材料分子的合成中。腈類化合物可以轉化為醛、羧酸、酰胺、雜環，也可以進行α-/β-官能團化反應。已有文獻報道的關于過渡金屬催化炔烴氫氰化的反應得到馬氏加成的支鏈烯基腈化合物，而對于線性的加成產物僅有個別文獻報道，并且收率和普適性都不理想。到目前為止，尚無文獻報道過渡金屬催化的炔烴反馬氏加成氫氰化反應。最近，德國馬克斯普朗克煤炭研究所的Tobias Ritter教授課題組使用丙酮腈醇作為HCN的替代物，首次實現了末端炔烴的反馬氏氫氰化反應，選擇性地得到了反式丙烯腈類化合物。

Ni可以催化末端炔烴與HCN/丙酮腈醇發生氫氰化反應，但往往得到的是符合馬氏加成的支鏈產物，反馬氏的丙烯腈類產物通常需要先通過氫化鋰鋁還原或者硼氫化反應，然后再進行氰基化反應，這一過程往往伴隨著劇毒氰化物或CuCN的使用。作者使用商品化的苯乙炔、丙酮腈醇為底物，dppf與TpRh(COD)為催化劑（Tp，三(1-吡唑基)硼烷），在MeCN中110 ℃的條件下反應能夠以88%的收率得到目標產物肉桂腈（圖2），使用TpRh(C2H4)2代替TpRh(COD)也能得到類似的產率。作者發現配體對于反應的收率起著關鍵的作用：Tp在反應中有著至關重要的作用，骨架結構一樣的Tp*（三(3,5-二甲基吡唑基)硼烷）、Bp（雙(1-吡唑基)硼烷）也沒有催化活性；雙齒膦配體相比于單齒膦配體具有更高的催化效率，dppf是最佳的膦配體。

得到最優條件之后，他們對底物的普適性進行了研究（圖3）。對于芳基末端炔烴，無論是吸電子取代基還是給電子取代基都能得到良好的收率，酯、鹵素、羰基、醇、酰胺、氰基、硅醚甚至硼酸酯取代基都可以很好地兼容（2a-2p）。芳基鄰位有取代基時也能夠參與反應（2l, 2o）；游離的氨基取代時反應體系在GC-MS檢測下只能觀察到小于5%收率，但是將氨基修飾為相應的酰胺，能夠得到目標產物（2h, 2j）；游離的羥基同樣適用于該反應（2n, 2p）；芳香雜環和稠環底物也能夠以理想的收率得到產物（2r, 2s, 2u）。

接下來，他們進一步將底物拓展至烷基末端炔烴（圖4），將此前最優條件中使用的配體dppf置換成DPR-phos后，無論是烷基還是硅基末端炔，都可以得到反馬氏加成的目標產物。炔烴取代基的大小和電性對反應的選擇性有一定的影響，具有大位阻的取代基能夠得到更好的選擇性（5b vs 5c, 5f）；共軛的烯炔體系具有更高的反應選擇性（5d vs 5e）；硅基保護的炔烴能夠得到大于20:1選擇性的產物。

最后，他們也對反應機理進行了研究（圖5）。通過[Rh(COD)Cl]2和KTp反應可以得到TpRh(COD)，再與dppf混合得到活性中間體TpRh(dppf)，晶體培養并進行X-射線單晶衍射表征確定了其結構。因此，他們提出反應可能的機理：TpRh(dppf)不與炔烴反應，而是與丙酮腈醇反應得到質子化Rh(III)氫化物I，由于反應體系中可能存在其他平衡，作者無法檢測到復合物I的存在，但通過其他實驗可以間接證明；缺少第三個吡唑基的BpRh(COD)無法穩定具有八面體結構的質子化Rh(III)絡合物的d6 軌道，因而無法催化反應。隨后I與炔烴結合經過II中間體得到亞乙烯基中間體III，繼而進行重排得到Rh(III)烯基氫化物IV，該物種發生還原消除得到產物與催化劑TpRh(dppf)。中間體III的存在也解釋了該反應的反馬氏選擇性，CN只能進攻亞乙烯基中間體III位阻較小的一側，也就是氫的同側，從而得到了反馬氏構型的產物。反應對于烷基炔烴只有4:1的選擇性，作者推測反應過程中可能也存在類似Ni催化的馬氏加成路徑。

——小結——

Ritter教授課題組首次報道了Rh催化末端炔烴的反馬氏氫氰化反應，該反應對于芳基末端炔和烷基末端炔都具有良好的普適性，合適的催化劑結構對該反應的選擇性具有關鍵性作用。

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