黃湧課題組實現(xiàn)首例非過渡金屬催化的Suzuki反應(yīng)
有機硼試劑和有機親電試劑的偶聯(lián)反應(yīng)，即Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)是目前人們構(gòu)建碳-碳鍵最行之有效的方法，2010年諾貝爾獎的頒發(fā)更加印證了其對人類社會的貢獻。在過去的50年中，過渡金屬作為催化劑在這類反應(yīng)的發(fā)展中扮演了核心角色，但由于過渡金屬催化本身的反應(yīng)特性限制，也面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如sp2雜化的芳基鹵代烴反應(yīng)活性高于sp3雜化的烷基鹵代烴，當分子中存在多種碳-鹵鍵時，選擇性地優(yōu)先轉(zhuǎn)化烷基碳-鹵鍵就是一大難題。
Suzuki反應(yīng)
北京大學(xué)深圳研究生院黃湧課題組針對這樣的問題，另辟蹊徑，提出了尋找有別于過渡金屬催化的偶聯(lián)過程，實現(xiàn)非過渡金屬催化或者無過渡金屬催化機制下的Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)的目標設(shè)想。他們認為，新催化機制的引入，可以提供與傳統(tǒng)過渡金屬催化過程相互補的反應(yīng)活性，將會對目前現(xiàn)有的合成方法學(xué)做出極大的補充。針對該目標，黃湧課題組發(fā)展了新型有機硫醚類催化劑，實現(xiàn)了首例由非過渡金屬而是有機小分子作為催化劑的Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)，該成果近日發(fā)表于《美國化學(xué)會志》上，題為“A Transition-Metal-Free Suzuki-Type Cross-Coupling Reaction of Benzyl Halides and Boronic Acids via 1,2-Metallate Shift” （J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b00380）。
有機小分子催化的Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)
黃湧課題組受到有機硼化合物1，2-遷移反應(yīng)（1979年諾貝爾獎反應(yīng)）以及硫葉立德化學(xué)的啟發(fā)，利用基礎(chǔ)有機化學(xué)中親核取代反應(yīng)對于烷基親電試劑和芳基親電試劑的分辨能力，構(gòu)想出一個同時含有正負電荷的中間體（zwitterionic ate complex），以此為基礎(chǔ)，推演出有機小分子催化機理，并以芐基鹵代烴和芳基苯硼酸作為模型反應(yīng)進行研究，優(yōu)化催化劑結(jié)構(gòu)，最終不僅實現(xiàn)了首例非過渡金屬催化的Suzuki反應(yīng)，還獲得了和傳統(tǒng)過渡金屬催化機制相互補的反應(yīng)活性。新催化體系中，對烷基親電試劑選擇性要遠高于芳基親電試劑。傳統(tǒng)偶聯(lián)反應(yīng)中最為活潑的芳基碳-碘鍵和芳基碳-溴鍵在新催化體系下并不不受影響，產(chǎn)物中可以得到保留，并且為后續(xù)流水式衍生化合成提供了反應(yīng)位點。而初步的機理實驗，也驗證了設(shè)計的催化機制，為以后交叉偶聯(lián)反應(yīng)的發(fā)展提供了新思路。
代表性底物及應(yīng)用
以上工作由北京大學(xué)深圳研究生院黃湧教授指導(dǎo)，博士后和志奇、博士研究生宋菲菲與孫煥博士合作完成，依托于北京大學(xué)深圳研究生院化學(xué)基因組學(xué)平臺，得到國家自然科學(xué)基金委員會、廣東特支計劃、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市孔雀團隊計劃及深圳市科技創(chuàng)新委員會的資助。（文字/和志奇）
文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b00380
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