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Chem Catal.:光诱导环醇开环烯烃化及环烯酮的合成

烯烃经常出现在各种人名反应中,是有机合成中应用最广泛地砌块之一。虽然烯烃的合成方法很多,但合成功能化的烯烃仍极具吸引力。过去通常采用卤素消除等方法合成烯烃,近年来通过Fe、Ni、Pd、Rh和Ir作为催化剂,使C-C键断裂来构建烯烃的方法取得了重要进展(图1A),底物范围可以拓展到酸、脂、酮、酰胺等。

图1. 环醇的开环反应。图片来源:Chem Catal.


近日,郑州大学化学学院吴俊良教授、王连杰博士与郑州大学河南先进技术研究院刘颖果教授共同报道了一类由高价碘活化的环醇光诱导开环,随后经历铜介导的β-氢消除合成远端烯酮的策略(图1D)。该方法可以兼容已有的烯烃基团,因此可以为烯烃复分解提供特殊的双烯烃化合物。其能够进一步经历分子内闭环复分解反应转化为具有合成挑战性的中型环烯酮,实现了温和条件下由环醇到烯酮和环烯酮的制备。值得注意的是,合成的环烯酮中,环的大小以及双键与羰基的距离可以自由控制。相关成果发表在Chem Catalysis上,研究生王冰磊为第一作者。

图2. 光催化剂和高价碘化合物。图片来源:Chem Catal.


作者以1-苯基环戊醇(1a)作为模板反应底物,与3.0 equiv 苯基碘(III)二乙酸酯(PIDA; 图2)在2 mol%的2,4,5,6-四(9h-咔唑-9-基)异邻苯二腈(4CzIPN; 图2)和20 mol % CuCl2催化作用下,在蓝光LED灯照射下实现开环烯烃化,获得了25%收率的烯酮2a。作者进一步通过条件优化获得了72%收率的目标化合物烯酮。


此外,作者为检验反应物中各个组份的必要性,进行了扣除反应,分别在无铜盐、HID和可见光照射下建立了对照实验。在所有这些案例中都没有检测到所需的产物(图3,entry 13-15),这表明所有组份在这个系统中都是必要的。在没有光催化剂的情况下,光条件下只能得到微量的产物(图3, entry 16)。 

图3. 条件优化。图片来源:Chem Catal.


优化条件后,作者进一步进行了底物拓展。值得注意的是,作者展示出来的方法具有很好的官能团耐受性(图4)。包括各种取代芳香环(1a-1s、1w-1y1ab-1ag)、炔烃(1z)、环烷烃(1aa1aj)和烯烃(1v1ak)。他们还测试了各种环戊醇的范围,苯环上含有取代基如-F、-Cl、-Br、-I、-Me、-CN、-CF3和-CO2Me的底物可以获得中等到良好的产量(1a-1n、1w-1y、1aa-1ag、1ah1ai)。在此条件下,芳基溴和碘化物(1f1g)保持完整,能够通过交叉偶联反应进一步反式生成其他衍生物。同时取代基位置的变化(间取代、邻取代、对取代)对反应没有影响(1b1k1d1l),其相应的收率也较为可观。对于异香族底物,噻吩基(1p)、噻吩基(1q)、呋喃基(1r)和甲基吡唑基(1s)环烷醇也可以很好地反应,产率也很高。 

图4. 底物拓展。图片来源:Chem Catal.


同时,值得注意的是,烷基(1t1al)和烯基(1u1ak)很好地兼容并获得较为良好产量的产物。极性磺酰基的烷基底物(1v)以15%的收率得到了期望的产物。此外,六元环己醇1w-1aa的使用也得到了相应的产物。甚至该反应对四元环(1ab-1ag)和中到大型环(7-、8-、甚至12-环)(1ah-1al)也是有效的,能够较为有效地实现了中等到良好的产率。

图5. 中型环烯酮衍生物的合成。图片来源:Chem Catal.


为了扩大应用范围并证明双催化方法的实用性,作者将产物转化为具有潜在价值的化合物。首先,2b容易与TMSN3反应,生成新的C-N3键,产率较高。在THF中加入2b与CF2H-COOH,得到相应的含cf2h酮3g,产率为62%。在蓝光照射下,PhSO2Na存在,得到了3h的磺化衍生物。经m-CPBA环氧化得到产物3i,产率55%。最后,用NaBH4在乙醇中还原2b,得到相应的反应醇3j,产率为95%。接下来,他们进行了机理验证实验。采用TEMPO进行自由基捕获实验(Rxn a)。只有8%的产物2a产生。当除去铜盐,加入功能试剂CBr4或TsN3(Rxn b,c)时,分别以52%和28%的产率收集末端功能产物3k3l。这表明了自由基的产生。每一种盐可以捕获这种自由基并生成末端烯烃。进一步的控制反应表明,在没有PC或HI的情况下无法获得产物。作者进一步给出了可能的机理。

图6. 机理验证以及可能合理的机理。图片来源:Chem Catal.


总结


作者成功地设计并验证了在温和条件下双光氧化还原预催化开环烯烃工艺。该反应为合成具有高官能团耐受性的末端烯烃提供了一种可行的策略。此外,该方法为张力较低或未张力的环醇的开环提供了一种高效的工艺。反应机理的机理得到了自由基捕获实验的支持。因为烯酮是必不可少的官能团,该反应在有机合成中具有广泛的应用。


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):

Photoinduced ring-opening olefination of cycloalkanols and access to tunable cycloenones

Binglei Wang, Haonan Li, Lianjie Wang*, Ying-Guo Liu*, Junliang Wu*

Chem Catal., 2022, DOI: 10.1016/j.checat.2022.07.002


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