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▲第一作者：荣家信; 通讯作者：罗德平教授;姜耀甲教授;
通讯单位： 南京工业大学先进化学制造研究院
论文DOI：10.1021/acscatal.0c00381
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本文报道了一种廉价金属Cu(OH)2催化，炔酮碳碳叁键断裂重组反应。该反应利用简单的原料，通过碳碳叁键的断裂重组可以高效构建应用广泛的1,4-醛酮类化合物和环戊烯酮衍生物。 背景介绍
有机合成的目的之一就是从简单易得的原料出发，反应得到高官能团化的目标产物，其中一个重要的挑战就是碳碳键的断裂和生成。与碳碳单键、双键相比，碳碳叁键具有最高的键解离能（＞200 kcal/mol），限制了其催化体系的发展。之前对碳碳叁键断裂的研究多集中在化学计量的有机金属参与的反应，如金属络合物中配体的断裂和氧化裂解，这些方法大多具有较差的化学选择性、剧烈的反应条件和底物拓展的局限性。另一个问题是原子经济性，文献报道的碳碳叁键断裂以后，往往只有一端有用，另一端作为副产物存在。因此，迫切需要一种高效的催化体系对碳碳叁键的断裂体系做补充。
本文亮点 （1）温和条件下实现碳碳叁键的断裂，并构建高官能团化的产物。 （2）廉价金属Cu(OH)2的使用。 （3）反应适用性较好，最高收率可达99%。 图文解析 首先，我们使用LiOH作为亲核试剂，同时作为一种碱与N-对甲苯磺酰肼反应得到卡宾中间体。具体的反应是底物炔酮1a和N-对甲苯磺酰腙2a,条件是2.0当量的LiOH、不同的铜催化剂和100 oC的油浴（表1，entry 2-6），对照实验表明不加金属催化剂，没有产物的产生（表1，entry 1）。与一价铜相比，二价铜金属催化剂反应效果较好，且Cu(OH)2具有最高的反应收率55%（表1，entry 6）。对碱的筛选实验表明，LiOMe能更高效促进反应的进行（表1，entry 7-9）。而对溶剂的筛选表明非芳香溶剂不能促进反应的进行（表1，entry 10-12）。最终我们确定，在100 oC反应温度下，使用5 mol%的Cu(OH)2，2.0 当量的LiOMe，同时添加1.0 当量的H2O，可以有较好的反应效果，收率87%（表1，entry 13）。
entry | catalyst | base | solvent | yieldb/% | |
1 | - | LiOH | toluene | 0 | |
2 | CuCl | LiOH | toluene | 46 | |
3 | CuBr | LiOH | toluene | 41 | |
4 | Cu(OTf)2 | LiOH | toluene | 18 | |
5 | Cu(OAc)2 | LiOH | toluene | 29 | |
6 | Cu(OH)2 | LiOH | toluene | 55 | |
7 | Cu(OH)2 | NaOEt | toluene | 0 | |
8 | Cu(OH)2 | LiOtBu | toluene | 62 | |
9 | Cu(OH)2 | LiOMe | toluene | 94 | |
10 | Cu(OH)2 | LiOMe | CH3CN | 28 | |
11 | Cu(OH)2 | LiOMe | DCE | 53 | |
12 | Cu(OH)2 | LiOMe | trifluorotoluene | 60 | |
13 | Cu(OH)2c | LiOMe | toluene | 87 | |
14 | Cu(OH)2c | - | toluene | 5 | |
aExperiments were performed with 1a (0.20 mmol, 1.0 equiv.) and 2a (0.40 mmol, 2.0 equiv.) in presence of metal catalysts (10 mol %), base (0.20 mmol, 2.0 equiv.) and H2O (0.10 mmol, 1.0 equiv.) in solvent (4 mL) with stirring at 100 oC under argon atmosphere until 1a was completely consumed. bIsolated yields. c5 mol % catalyst-loading. Cu(OTf)2 = copper (II) trifluoromethanesulfonate; DCE = 1,2-dichloroethene. | |||||
表1 反应条件优化表
反应的底物范围研究
aUnless otherwise noted, the reactions were carried out using 1a (0.20 mmol, 1.0 equiv.) and 2 (0.40 mmol, 2.0 equiv.) in the presence of Cu(OH)2 (10 mol %), LiOMe (0.40 mmol, 2.0 equiv.) and H2O (0.20 mmol, 1.0 equiv.) in toluene (0.05 M, 4 mL) at 100 °C under argon atmosphere. bIsolated yields.
▲图1 N-对甲苯磺酰腙的底物拓展a,b
在掌握了反应的最优条件之后，我们首先对N-对甲苯磺酰肼进行反应适用性研究。实验表明，芳环、烷基取代的N-对甲苯磺酰腙有中等以上的反应收率。具体来说，苯环上有邻、间和对甲基取代时，收率分别是68%、81%和91%（图1,3ab、3ac和3ad），芳环上有卤素（F、Cl、Br和I）时，反应都有较好的官能团耐受性。之后我们对电子效应进行研究，发现苯环上有给电子基团时，与吸电子基团相比，有明显高的反应收率（图1,3aj-3an）。 同时，萘环和杂环也能以中等的收率得到目标产物（图1,3ao、3ap）。值得注意的是，二茂铁取代的N-对甲苯磺酰腙在标准件下也可以38%的收率得到含铁的目标产物（图1,3aq），这表明，目前的催化体系对于金属络合物具有一定的反应适用性。
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