編號：FTJS09942
篇名：鎳催化雜芳烴的非天然戊烯基化及環(huán)狀單萜化反應
作者：張功 張煒松 王小雨 楊洋 季定緯 萬伯順 陳慶安
關鍵詞： 萜類化合物 異戊二烯 非天然戊烯基化 鎳催化 氮雜環(huán)卡賓配體 四取代烯烴
機構： 中國科學院大連化學物理研究所 中國科學院大學
摘要： 萜類化合物,如半萜類和單萜類,是天然產物中種類最繁多,、結構最多樣的一類,廣泛存在于植物和海洋生物中,在人類的日常生活中具有重要的應用價值.自然界中,二甲基烯丙基焦磷酸酯(DMAPP)和異戊烯基焦磷酸酯(IPP)在各種酶的作用下經過偶聯(lián),、重排,、環(huán)化以及異構化等反應合成萜類化合物.傳統(tǒng)的人工方法大多依賴于過渡金屬催化的異戊烯基以及反異戊烯基前體的反應,該反應不僅需要當量的金屬試劑,且反應過程中也會產生當量的副產物,不符合綠色環(huán)保以及原子經濟性原則.異戊二烯作為一種廉價易得的大宗化學品,其高附加值轉化一直是學術界和工業(yè)界關注的焦點.但由于異戊二烯具有反應活性低以及區(qū)域選擇性調控難的特點,氫芳基化產物最多可達到十四種異構體.此外,異戊二烯容易發(fā)生二聚,、三聚以及調聚等反應,產生復雜產物.上述問題使得異戊二烯的高附加值轉化具有很大挑戰(zhàn)性.在前期關于異戊二烯氫官能團化以及手性二聚研究的基礎上,本文提出了一種以異戊二烯為原料,通過接力催化策略,在雜芳環(huán)中引入非天然戊烯基和環(huán)狀單萜骨架的方法.具體而言,使用廉價金屬鎳作為催化劑,小位阻的氮雜環(huán)卡賓作為配體,在當量堿的條件下,通過馬氏加成得到異戊二烯4,3-氫雜芳基化產物,該策略具有廣泛的底物普適性,較好的選擇性和產率.機理研究表明,反應首先經過雜環(huán)化合物的C-H鍵氧化加成,再通過異戊二烯的配位以及遷移插入,最后通過還原消除獲得目標產物.反應過程中沒有當量副產物生成,符合原子經濟性原則.而當體系中加入當量堿時,4,3-氫雜芳基化產物通過原位異構化獲得了含有四取代烯烴的非天然半萜.機理研究表明,堿誘導的異構化和鎳催化的分子內氫遷移的機理可能同時存在.進一步研究表明,通過控制不同位阻卡賓配體的添加過程,可以實現(xiàn)“一鍋兩步法”生成含有四取代烯烴的半萜衍生物和環(huán)狀單萜衍生物;具體為先加入小位阻卡賓配體催化生成四取代烯烴,再加入大位阻卡賓配體以及雜環(huán)化合物,催化生成環(huán)狀單萜衍生物.綜上,本文不僅有助于大宗化學品異戊二烯的高效轉化,而且發(fā)展的配體調控為半萜類化合物和單萜類化合物的發(fā)散性合成提供了新思路,具有潛在的應用價值.
