碳碳鍵構建的新方法：醛酮經(jīng)由腙的交叉偶聯(lián)
碳碳鍵的構建是有機合成化學的核心。傳統(tǒng)的格氏反應、狄爾斯-阿爾德反應、魏悌息反應、羥醛縮合反應等的價值就在于其解決了碳碳鍵構建中的某一關鍵問題。近代有機合成的發(fā)展越來越多地依靠過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應：按照傳統(tǒng)的模式不能直接反應的親電組分與親核組分，在過渡金屬的存在下經(jīng)由與傳統(tǒng)反應不同的機理結合在一起。
過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)建立起了一系列高效的碳碳鍵構建方法，例如Heck反應，Suzuki-Miyaura偶聯(lián)，Negishi偶聯(lián)，Stille偶聯(lián)，Sonogashira偶聯(lián)等。這些方法學在藥物合成，化學生物學，以及材料科學等領域發(fā)揮重要作用。然而該領域仍然存在許多挑戰(zhàn)和機遇，包括如何進一步提高反應的效率、選擇性和原子經(jīng)濟性，以及拓展反應的普適性等。時至今日，過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應依然是有機合成化學中非?；钴S的部分，其研究的重點之一是將過渡金屬催化和自由基化學、卡賓化學、電化學、光化學等領域相結合，進一步拓展偶聯(lián)組分以及反應模式的范疇。
醛酮等羰基化合物作為最基本的化合物在有機合成中扮演著非常重要的角色。醛酮豐富的反應活性主要來源于羰基碳的親電性和α-氫的酸性。例如，有機合成中應用非常廣泛的反應，包括格式試劑加成反應、魏悌息反應、羥醛縮合反應和α-碳氫鍵烷基化、芳基化反應等等，都與醛酮的這些性質(zhì)相關。如果將醛酮轉化為相應的三氟甲磺酸烯醇酯（-OTf），則其可以作為烯基親電試劑在過渡金屬催化下參與偶聯(lián)反應。這是一類已發(fā)展完善的間接利用醛酮作為偶聯(lián)組分的方法。此外，通過將醛酮與對甲苯磺酰肼（TsNHNH2）簡單縮合得到的對甲苯磺酰腙（=NNHTs），也是一類非常重要的合成子，其可以經(jīng)由Shapiro反應和Bamford-Stevens反應得到官能團化的烯烴。特別是Shapiro反應可以將酮轉化為烯基親核試劑來參與反應，這一特殊的轉化模式在有機合成中得到了很多應用，例如，該反應是紫杉醇全合成中的關鍵步驟之一。
由于醛酮化合物的廣泛存在及其在有機分子的轉化中不可替代的作用，進一步發(fā)展基于醛酮化合物的新的轉化模式是重要的科學問題。近年來，人們發(fā)現(xiàn)對甲苯磺酰腙可以在過渡金屬催化下經(jīng)由重氮化合物中間體參與偶聯(lián)反應，其基本過程包括原位生成重氮化合物、金屬卡賓的形成和金屬卡賓的轉移插入。這一類基于金屬卡賓過程的偶聯(lián)反應的發(fā)展使得醛酮可以作為偶聯(lián)組分參與交叉偶聯(lián)反應，極大地拓展了醛酮化合物在有機合成中的應用。王劍波課題組在過去的十多年里在該領域開展系統(tǒng)工作，發(fā)展了一系列以醛酮為起始物經(jīng)由腙的交叉偶聯(lián)反應。最近，他們受《Journal of the American Chemical Society》主編邀請撰寫Perspective論文，歸納總結并展望醛酮經(jīng)由對甲苯磺酰腙參與的過渡金屬催化卡賓偶聯(lián)反應的發(fā)展。
該Perspective論文根據(jù)醛酮偶聯(lián)反應中新形成碳碳鍵的種類，將這些轉化大致分為四類：a) 醛酮作為烯基偶聯(lián)組分，在羰基碳上形成碳碳單鍵得到多取代烯烴；b) 醛酮的羰基碳氧雙鍵生成碳碳雙鍵或聯(lián)烯、烯酮、烯酮亞胺等累積雙鍵；c) 醛酮作為烷基偶聯(lián)組分，形成碳碳單鍵得到烷基化的偶聯(lián)產(chǎn)物；d) 醛酮作為雙親試劑，在羰基碳原子上同時形成兩根碳碳單鍵。在介紹了這四類反應的最新進展后，該綜述又分別對其進行了系統(tǒng)的總結和展望，指出了該領域還存在的問題以及可能的發(fā)展方向，對醛酮化合物在有機合成中的應用以及金屬卡賓交叉偶聯(lián)領域的發(fā)展都具有重要的指導意義。
該Perspective論文的第一作者是王劍波課題組2015年畢業(yè)博士研究生夏瑩，目前在四川大學華西公共衛(wèi)生學院（華西第四醫(yī)院）和生物治療國家重點實驗室獨立開展工作。夏瑩和王劍波為本論文共同通訊作者。相關的研究受到北京分子科學國家研究中心、教育部生物有機與分子工程重點實驗室、科技部和國家自然科學基金委的支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c04445
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