铑(III)催化的苯丙酸衍生物间位C-H键烯烃化反应

过渡金属催化的C-H键官能团化反应，可以选择性地将惰性的C-H键直接转化形成一系列新的C-C键和C-X键，成为有机化学中一个极其重要的领域。近些年，金属铑催化剂在该领域表现出独特的催化活性。然而，常用的铑催化的C-H键活化反应经过五或六元环金属过渡态的过程，从而选择性地获得邻位C-H键官能团化的产物。最近，南京大学的鲁艺副教授（点击查看介绍）、孙为银教授（点击查看介绍）与美国The Scripps Research Institute的余金权教授（点击查看介绍）合作，采用优化的单氰基U-型模板为导向基团，形成十二元环的过渡态，实现了首例铑(III)催化的芳香烃间位C-H键烯烃化反应（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 2200）。U-型模板导向基团的开发早在钯(II)催化的反应过程中得到很好的验证（Nature, 2012, 486, 518），然而多年来在其他金属催化过程中并未获得任何进展。

最初，作者选用已经报道过的双氰基模板作为导向基，对反应条件进行一系列筛选，但发现双取代产物的生成不可避免。考虑到双氰基导向的双向性，作者设计合成了一系列单氰基模板导向基（图1）。导向基的这一改进对产物单取代选择性的提高有一定帮助；当底物苯环上有取代基时，双取代产物的生成得到了完全抑制。三氟醋酸铜以及三氟醋酸的加入使反应的产率得到了很好的提高。

图1. U-型氰基模板的筛选。图片来源：JACS

随后在最优条件下，作者对底物苯丙酸衍生物的适用性进行了研究。从表中可以看到，不同底物的间位选择性都很好，多种官能团如F、Cl、Br、OMe、CF₃等都能很好地兼容（图2）。

图2. 底物的普适性研究。图片来源：JACS

随后，作者又对烯烃的适用性进行探索。一些1,2-二取代的烯烃、不饱和醛（酮）以及苯乙烯型烯烃均能给出很好的结果（图3）。

图3. 烯烃的普适性研究。图片来源：JACS

作者还进一步验证了铑(III)催化的间位C-H键烯烃化反应的适用性。此前报道过的钯(II)催化的苯胺和吲哚啉底物间位C-H键烯烃化时所用的模板，在铑(III)催化剂的作用下也能成功实现间位的烯烃化反应。KIE机理研究结果表明，C-H键的活化是整个反应的决速步骤。与此同时，作者在最优条件下用甲苯做溶剂顺利完成了克级规模的实验，为该反应的工业化应用奠定了一定基础。

该工作发表在J. Am. Chem. Soc. 上，主要由南京大学化学化工学院的博士研究生徐华金完成。

该论文作者为：Hua-Jin Xu, Yi Lu, Marcus E. Farmer, Huai-Wei Wang, Dan Zhao, Yan-Shang Kang, Wei-Yin Sun and Jin-Quan Yu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Rh(III)-Catalyzed Meta-C-H Olefination Directed by a Nitrile Template

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 2200, DOI: 10.1021/jacs.6b13269

导师介绍

鲁艺

http://www.x-mol.com/university/faculty/40487

孙为银

http://www.x-mol.com/university/faculty/11576  

余金权

http://www.x-mol.com/university/faculty/694

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