Diels-Alder反应新突破：首例金属杂Retro-Diels-Alder反应

Diels-Alder（DA）反应及其逆反应（Retro-Diels-Alder）是重要和基础的碳碳键生成与裂解方法：1928年Diels和Alder报道了之后以他们名字命名的Diels-Alder反应（获1950年诺贝尔化学奖），随后Woodward和Hoffmann等人以此为基础发展了可以解释反应性和选择性的Woodward–Hoffmann规则（获1981年诺贝尔化学奖），上世纪八九十年代出现的金属杂Diels-Alder反应更是拓展了传统研究的范围（图1）。基于该类反应的可逆性以及过渡金属催化在现代有机合成中的重要性，设计研究金属杂Retro-Diels-Alder反应将有望为惰性碳碳键的催化裂解发展新的模式。

图1. Diels-Alder反应的研究进展

近日，西北大学关正辉教授（点击查看介绍）课题组以β,γ-烯基酮为底物，以酰基肼为辅助剂，在钯催化下，首次实现了Retro-Pallada-Diels-Alder反应并用以裂解羰基α位碳（烷基）-碳（烯基）σ键。

基于该团队在钯催化烯烃羰基化领域的相关工作基础（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 7298；J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 85；Sci. China Chem. 2023, 66, 1474等），作者设计了钯氢物种与β,γ-烯腙产生六元环钯中间体的Retro-Pallada-Diels-Alder反应（图2）。

图2. Retro-Pallada-Diels-Alder反应。图片来源：Nat. Commun.

经过条件筛选，作者最终以β,γ-烯酮为底物，以乙酰肼为添加剂，钯盐作催化剂，在DCE和i-PrOH混合溶剂中，以82%的产率实现了Retro-Pallada-Diels-Alder反应。在最优条件下，作者对反应的底物范围进行了考察，结果显示该反应具有良好的官能团兼容性（图3）。 

图3. 底物范围研究。图片来源：Nat. Commun.

底物1u、(Z/E)-1v、(+)-异胡薄荷酮1w和1x在标准条件反应，均在预期位点发生碳-碳键断裂。当底物1y和1z中含有两种或两种以上的烯基时，反应以专一的选择性发生羰基α位碳-碳键的裂解（图4）。

图4. 反应的范围研究。图片来源：Nat. Commun.

作者通过控制实验对机理进行了研究。当用α,β-烯基酮3a和γ,δ-烯基酮7，以及丙基苯基酮5，苯甲酰丙酮6在标准条件下反应，都没有发生反应（图5a）。这些结果表明3a、5、6和7不是反应的中间体。而当用1aa作为底物时，在反应中获得了对甲氧基苯乙酮2g和苯乙酮2a（图5a）。

图5. 反应机理研究。图片来源：Nat. Commun.

基于上述实验，作者对可能的反应机理进行了DFT计算。由DFT计算得出四价的六元环钯中间体III-Im6通过III-TS3发生Retro-Pallada-Diels-Alder反应仅需要29.6 kcal/mol的活化能垒。与反应路径I（76.2 kcal/mol）和II（55.7 kcal/mol）相比较，路径III所需要的能量最低；反应路径III为可能的机理（图6）。

图6. DFT计算结果。图片来源：Nat. Commun.

总结

西北大学关正辉教授课题组报道了首例Retro-Pallada-Diels-Alder反应，通过这种新策略实现了惰性碳-碳键的断裂，该策略有望为惰性碳碳键断裂以及有机功能分子的修饰提供新的机会。此研究工作近期发表在Nature Communications 上。西北大学关正辉教授为本文的通讯作者，赵庆阳副教授（现为中山大学副教授）、于乐副教授为本文第一作者。该项工作得到了国家自然科学基金等的支持。

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）：

C(alkyl)-C(vinyl) bond cleavage enabled by Retro-Pallada-Diels-Alder reaction

Qingyang Zhao, Le Yu, Yao-Du Zhang, Yong-Qiang Guo, Ming Chen, Zhi-Hui Ren & Zheng-Hui Guan

Nat. Commun., 2023, 14, 2572. DOI: 10.1038/s41467-023-38067-7

导师介绍

关正辉

https://www.x-mol.com/university/faculty/13728