Angew. Chem. :低价锰和亚胺协同催化的不饱和醛酮选择性氢烯基化反应

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不饱和羰基化合物的区域选择性官能团化是获取高附加值合成子的重要策略,其中以格式试剂参与的Michael加成反应较为常见,而该类反应往往得到的是1,2-加成产物。此外过渡金属介导的不饱和羰基化合物通过迁移插入可以实现1,4-氢化官能团化。然而,竞争性的β-H消除同样会导致副产物的生成(Scheme 1a)。由于锰有着刚好介于碱土金属、碱金属和贵金属之间的独特电负性(1.5),其参与形成的C-[Mn]化合物在化学反应中往往展现出有趣的双重性。南京大学谢劲课题组长期致力于高效双核锰催化转化研究并取得一系列重要成果(Nat. Chem 2021 13 182–190; Nat. Synth. 2022, 1, 475-486;Angew. Chem Int. Ed. 2020, 59, 12789-12794; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202306922; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202310762; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 8430-8434; Chin J. Chem. 2022, 13 1546-1552; Chin. J. Chem. 2020, 38, 1497-1502)。基于过往的研究经验,他们发现非螯合的C-[Mn]化合物与不饱和酰胺类底物(弱导向作用),可以顺利的发生迁移插入反应,但是与不饱和醛酮类化合物不能顺利发生反应。对此作者希望结合亚胺对醛酮的LUMO活化和锰对有机硼酸的HOMO活化协同作用,从而降低两种底物的能量HOMO-LOMO间隙,进而解决化学键形成过程中活性不匹配的问题(Scheme 1b and 1c)。



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在条件筛选中作者发现使用四氢吡咯和Mn2(CO)8Br2作为催化剂,可以很好的以协同催化的形式实现不饱和醛类化合物的氢化烯基化反应。底物拓展表明电子基团或吸电子基团修饰的芳基不饱和醛都能以中等到良好的收率得到相应的产物。烷基不饱和醛和环酮类底物在该策略中同样表现出较好的兼容性。值得注意的是,当把有机催化剂更换成二苯基甲基胺时,链状的不饱和酮类底物也能以中等的收率得到相应氢化烯基化的产物。另外,该策略对有不同取代基团的烯基硼酸类底物有很好的容忍性。当略微升高反应温度时,不同取代的芳基硼酸也能得到相应的氢化芳基化产物。

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除此之外,当使用有机胺催化剂时,该反应能以中等的收率和一定的对映选择性得到相应的手性产物。

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最后,根据实验事实作者对该反应过程机制进行推测,并进行了详细的理论计算研究。研究表明,该反应在起始阶段可能以类Michael亲核进攻或迁移插入的方式进行。. 其中类Michael亲核进攻过程的反应能垒是22.3 Kcal/mol,迁移插入过程的能垒是19.1 kcal/mol。迁移插入在该过程中表现出更明显的能垒优势。 迁移插入得到中间体INT6之后,反应的脱金属化过程存在三种可能的路径。其中水参与的质子解过程和三氟乙酸参与的质子解过程的能量分别是30.7 kcal mol-1和22.3 kcal mol-1。这两个过程的能垒,均大于异构化直接脱锰过程(14.9 kcal mol-1),因此该催化过程更有可能经历迁移插入-异构化脱金属的过程。

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南京大学谢劲课题组开发了一种锰和有机胺的协同催化策略,发现一种新颖的迁移插入-去金属异构历程,实现了不饱和羰基化合物与有机硼酸的1,4-氢烯基化和氢芳基化反应。该策略弥补了低价锰催化C-C构建的局限性,为低价锰催化C-C键的对映选择性构建提供了新思路。

文信息

Merging Manganese and Iminium Catalysis: Selective Hydroalkenylation of Unsaturated Aldehydes and Ketones

Chuan-Gang Zhao, Chaoyu Du, Zhenyu Guo, Weipeng Li, Jie Han, Jin Xie


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202312414

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