兰州大学梁永民课题组JACS：钯催化的Narasaka-Heck/C(sp3或sp2)-H活化级联反应合成螺环丁烷吡咯啉

钯催化的C-H键活化由于其较高的原子和步骤经济性，被广泛的应用于合成各种结构复杂的官能化化合物。然而，C(sp³)-H键由于其酸性低、解离能高且缺乏与金属中心稳定的轨道相互作用，故C(sp³)-H键活化的研究成果相对较少。另一方面，Narasaka-Heck反应被广泛应用于各类官能团化的氮杂环化合物的合成，但螺环吡咯化合物的合成仍是一个挑战。

最近，兰州大学的梁永民（点击查看介绍）课题组报道了钯催化的Narasaka Heck/C(sp³或sp²)-H活化串联反应，成功构筑了高张力的螺环丁烷吡咯啉。该反应首次利用Narasaka-Heck环化反应生成的σ-烷基-钯中间体来进行δ-C(sp³或sp²)-H键的活化，从而完成γ、δ不饱和肟酯的螺环化。同时，通过密度泛函理论 (DFT) 计算研究了整个反应的协同金属脱质子 (CMD) 过程、速率决定步骤和能量势垒。此外，还进行了一系列机理验证实验，探索了该反应的决速步骤和C(sp³)-H活化过程的可逆性。

作者首先对Narasaka-Heck/C(sp³)-H活化串联反应的反应条件进行了筛选，确定了最优反应条件。在底物拓展中，官能团兼容性良好。

上述结果表明，Narasaka-Heck环化反应的σ-烷基-钯(II)中间体可用于分子内δ-C(sp³)-H活化。受这些结果的启发，作者设计并探索了Narasaka-Heck/C(sp²)-H活化串联反应。在底物扩展中，官能团兼容性良好。

为了进一步探索反应机理，作者对该反应进行了理论计算、氢/氘交换实验、分子间动力学实验（KIE）等一系列机理验证实验，提出了可能的反应机理。

综上所述，作者报道了钯催化的Narasaka-Heck/C(sp³或sp²)-H活化串联反应，从而完成了一系列γ、δ不饱和肟酯的螺环化，构筑了高张力的螺环丁烷吡咯啉。该反应的关键在于通过Narasaka-Heck环化原位生成的σ-烷基-钯中间体来进行δ-C(sp³或sp²)-H键的活化。该反应具有广泛的底物适用范围，并能以良好的产率得到目标产物。实验与计算机理研究结果进一步为该反应的机理提供了理论依据。

相关成果近期发表在Journal of the American Chemical Society。兰州大学的魏万旭博士和香港中文大学的李宇科博士为该论文的共同第一作者，梁永民教授为通讯作者。

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Experimental and Computational Studies of Palladium-Catalyzed Spirocyclization via a Narasaka–Heck/C(sp³ or sp²)–H Activation Cascade Reaction

Wan-Xu Wei, Yuke Li, Ya-Ting Wen, Ming Li, Xue-Song Li, Cui-Tian Wang, Hong-Chao Liu, Yu Xia, Bo-Sheng Zhang, Rui-Qiang Jiao, and Yong-Min Liang*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c04114

导师介绍

梁永民

https://www.x-mol.com/university/faculty/11190