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苏州大学朱晨课题组Angew Chem:利用极性反转策略实现非活化烯烃烷基化

自由基参与的烯烃烷基化反应在过去的几十年里得到了迅速的发展。例如,Giese等人报道的亲核性烷基自由基加成至缺电子的烯烃上,得到烯烃烷基化产物(图1A)。该反应的顺利发生主要是由于两者极性匹配。另外一种烯烃烷基化的反应类型是,烷基自由基加成至芳基乙烯上,通过p-π共轭的形式稳定自由基中间体,以实现烯烃的烷基化(图1B)。但是,由于非活化烯烃与烷基自由基均是富电子结构,所以非活化烯烃的烷基化反应往往由于极性不匹配导致反应效果不佳。这也是有机自由基化学中一直悬而未决的难题。与此同时,发展实用高效的非活化烯烃烷基化反应可以极大地丰富碳碳键的构建方式,并推动有机自由基化学的发展。

图1. 自由基参与烯烃烷基化的反应模式


苏州大学朱晨点击查看介绍课题组一直致力于利用官能团迁移策略实现多样的烯烃双官能团化反应研究(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 10821; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 1388; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 4545)。另外,该课题组还将该策略进一步升级,通过“对接迁移”策略实现分子间的烯烃双官能团化(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 17156; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 17646)。


基于“对接迁移”策略,朱晨课题组为解决非活化烯烃烷基化的问题,提出了一种新的烯烃烷基化反应策略——“极性反转”(Polarity-Umpolung)策略(图1C)。该策略将烷基与迁移基团通过砜(-SO2-)连接起来,普通的亲核性烷基自由基巧妙地转变成亲电性的烷基自由基,从而可以极性匹配的方式与富电子的非活化烯烃反应。在对接迁移过程,烷基自由基a首先对接到烯烃上形成新的烷基自由基b,随后引发官能团迁移。在释放出SO2后,得到的烷基自由基经过氢原子转移,生成杂芳基烷基化产物(图2)。值得一提的是,该策略利用砜作为连接官能团降低了烷基自由基的亲核性,再经过官能团迁移以及脱砜步骤实现了烷基自由基的“极性反转”。

图2. 反应机理


该策略的底物范围较为广泛,活化和非活化的烯烃均可作为起始原料。通过极性反转策略,可将肟或杂芳基和普通烷基同时引入到烯烃上,获得大量有价值的烷基化产物。同时,很多天然产物和药物的衍生物都可以适用于该策略,为后期引入烷基基团提供了良好的途径(图3)。

图3. 部分底物范围


该策略可以通过调节双官能化试剂上的烷基取代基,获得各种一级和二级烷基化产物。而且,也可以利用该策略实现难以构建的甲基化反应。除了链状或环状的烷基,溴代烷基也可以被引入产物中,为后续的官能团化提供了便利。当以氘代的烷基化试剂为底物时可以获得氘代烷基化的产物(图4)。

图4. 部分底物范围


利用该策略不仅可以实现烯烃的杂芳基化反应,还可以通过合成肟取代的双官能化试剂构建一系列肟取代的产物。值得的注意的,该反应对于共轭的二烯、烯炔底物同样适用,为后续的不饱和键官能团化提供了有效方法(图5)。

图5. 部分底物范围


总结


苏州大学朱晨教授课题组报道了自由基参与的烯烃的烷基化反应,具有策略新颖、底物适用性广泛(全文150多个底物,活化和非活化的烯烃均可)、反应条件温和、官能团耐受性好等特点。他们提出的极性反转策略为烯烃的烷基化反应开拓了一种创新性的思路,丰富并进一步升级了烯烃烷基化的反应模式。


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):

Polarity Umpolung Strategy for the Radical Alkylation of Alkenes

Jige Liu, Shuo Wu, Jiajia Yu, Chenxi Lu, Zhen Wu, Xinxin Wu, Xiao-Song Xue, Chen Zhu

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201915837


导师介绍

朱晨

https://www.x-mol.com/university/faculty/12885


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