抑制过度氢化的氢转移偶联策略实现1,8-萘啶的α位官能化反应

近年来，利用氢转移策略构建C-C键和C-N键已经成为合成功能有机分子的有效工具，例如，人们通过借氢反应可以实现活泼碳和氮亲核试剂的烷基化反应。美国德州大学奥斯汀分校的Krische教授等人利用氢转移策略在不饱和烃与醇之间的交叉偶联反应方面做出了杰出的贡献。然而，通过对惰性氮杂环进行选择性转移氢化形成活性中间体，再利用电性匹配的试剂对其进行捕获从而构建功能化产物是一项颇具挑战性的任务。通常情况下，在外加金属络合物催化剂与氢供体的条件下，体系非常容易形成高反应活性的金属氢物种[MH]，由此不可避免地导致氮杂环过度氢化得不到预期的氢转移偶联产物。基于此，华南理工大学的张珉教授（点击查看介绍）课题组通过发展异相多球腔碳嵌载的廉价氧化钴纳米催化剂，使用甲酸作为氢供体（HD）。该催化剂不同于均相金属氢物种，通过表面催化位点对氢的吸附实现氢转移，故相对较低的氢转移效率有利于亲电试剂醛对喹啉氢化物中间体β位的捕捉，从而实现喹啉β位的直接烷基化反应，该成果发表在美国化学会期刊ACS Catalysis上。

众所周知，吡啶环广泛存在于医药、农药、材料、颜料、染料等涉及国计民生的产品中，因此，将吡啶环直接转化为功能化的合成子将对丰富合成方法及产物多样性具有重要意义。近日，该课题组采用四氢喹啉1作为惰性氢供体，有效地抑制1,8-萘啶2过度氢化副反应的发生，首次选择性实现了四氢喹啉8位和1,8-萘啶α位之间的氢转移偶联反应（见产物3）。研究工作发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是华南理工大学的博士生陈修文。

图1. 四氢喹啉和1,8-萘啶之间的氢转移偶联反应

该反应选用1.5当量的四氢喹啉1作为惰性氢供体，铱催化剂对其缓慢去氢，原位生成的[IrH₂]物种对萘啶2中位阻较小的吡啶环进行转移氢化生成亚胺中间体，同时铱催化剂活化四氢喹啉的C₈位，使该位点具有较强的亲核性，并对萘啶亚胺的α位进行亲核加成，从而选择性地实现四氢喹啉和1,8-萘啶之间的氢转移偶联反应，得到两种不同的杂环交叉偶联的产物3。该过程中最关键的因素是控制转移氢化的速率，抑制过度氢化产物2'的生成，从而保证亲核试剂对亚胺中间体的有效捕获（图2）。

图2. 可能的反应路径

得到最优条件之后，作者对底物的普适性进行了考察（图3）。反应对多种官能团都具有良好的兼容性，氰基、硝基、三氟甲基、酯基、甲基、甲氧基、卤素等官能团以及其他杂环取代基都具有良好的收率。他们通过底物拓展发现，萘啶的取代基电性对反应具有明显的影响，吸电子基团取代的底物产率明显高于给电子基团。然而，四氢喹啉底物取代基的电子效应恰好与萘啶类底物相反，即含有富电子取代基底物的产率明显高于吸电子取代基的底物，与提出的反应途径完全吻合。萘啶类底物的吸电子基团会增强亚胺α-C的亲电性，四氢喹啉的富电子基团会增强C₈位的亲核性，有利于偶联过程的进行。

图3. 底物的普适性考察

该反应的偶联产物3可以和醛4反应进一步转化为结构复杂的稠环化合物5，该类结构在天然产物和具有特殊生物活性的分子中较为常见，但合成过程却非常困难。而本文的研究工作为该类化合物的构建提供了高效的方法。

该论文作者为：Xiu-Wen Chen, He Zhao, Chun-Lian Chen, Huan-Feng Jiang and Min Zhang

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）：

Hydrogen Transfer-Mediated α-Functionalization of 1,8-Naphthyridines by a Strategy Overcoming the Over-Hydrogenation Barrier

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201707702