近日，化学化工学院化学系老师徐立平在钯催化氮杂双环化合物碳碳键断裂/偶联反应的机理研究中取得重要进展，相关研究成果以“Reactivity and Selectivity Controlling Factors in the Pd/Dialkylbiarylphosphine-Catalyzed C–C Cleavage/Cross-Coupling of an N-Fused Bicyclo α-Hydroxy-β-Lactam”为题，在线发表于化学领域Top期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上。脂肪氮杂环化合物（如哌啶）富含丰富的C(sp3)-H 键，因而利用脂肪氮杂环的C-H键活化以及后期功能化策略来构筑新的含氮化合物在药物化学和材料化学中有着重要的应用前景。近年来，Knochel, Baudoin, Maes, Yu, Glorius, Gong, Sanford等人均在此领域做出了突出的贡献。最近，Sarpong课题组报道了钯/联芳基膦配体催化的哌啶衍生物碳碳键断裂/偶联反应的新进展，相比其他工作，此反应条件更加温和，选择性高，底物兼容性广，因而具有广泛的应用前景。然而此反应的详细机理还不清楚。同时，底物内酰胺碳碳键断裂的选择性（proximal或distal）以及碳碳偶联的区域选择性（α或β）的来源尚不明晰。为了探寻反应机理，尤其是理解上述碳碳键断裂和偶联中选择性的来源，研究者展开了深入的密度泛函理论研究。结果表明，上述反应机理主要包含：碱促进的芳基卤化物对钯的氧化加成、配体交换、开环β-碳消除以及还原消除等步骤。其中碳碳键断裂的选择性来源于膦配体的“位阻效应诱导的电子效应”，该效应跟配体氧原子所连基团有关。同时理论预测发现，配体氧上连有三氟甲基或二氟甲基时该反应会具有更好的“proximal”选择性。碳碳偶联的区域选择性则是由偶联试剂上所连取代基的空间位阻效应造成的。这些研究结果对于理解实验现象，提高此类反应效率，预测并设计新型的氮杂环化合物功能化反应具有重要意义。本论文系化学化工学院徐立平和美国Emory大学Musaev教授以及UC Berkeley的Sarpong教授的合作成果，徐立平为第一作者。该工作同时得到了国家自然科学基金和国家留学基金委的支持。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10220
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