文獻解讀丨可見光促進Katritzky鹽通過脫氨烷基化反應合成β,γ-不飽和酯類
本文由中國科學院大學協同創新實驗室所作，文章發表于Oganic Letters (Org. Lett.2021, 23, 5, 1577–1581)。
可見光促進的脫氨烷基化反應已經成為一個化學合成的重要研究方向，從廉價易得的原料出發合成羰基化合物是現代合成科學的重要目標，而β，γ-不飽和羰基化合物因其獨特的活性特征，日益成為有價值的合成砌塊。傳統方法合成β,γ-不飽和羰基多建立在過渡金屬催化的交叉偶聯反應，如鈀、鎳或銅催化下的烯醇和烯基鹵代物、烯基磺酸化合物等反應（圖1A）。近年來，可見光促進的脫氨烷基化反應已經成為多樣化烯烴制備的重要手段（圖1B）, 而利用弱相互作用EDA形成的策略，該課題組發現僅僅通過堿金屬鹽（例如，NaI, NaOAc, K2CO3等）便可以與N-羥基鄰苯二甲酰亞胺酯（NHPI esters）以及系列吡啶鹽等形成EDA復合物（圖1C）。據此，作者推測僅僅通過碘化鈉和Katritzky鹽就可以直接形成EDA復合物，產生的烷基自由基與雙鍵偶聯，再生成相應的產物（圖1D）。通過可見光促進EDA復合物引發的Katritzky鹽與烯烴的脫氨基烷基化反應，成功實現了β,γ-不飽和酯類化合物的構建，該方法原料簡單、條件溫和，無需過渡金屬催化和額外的添加劑，具有通用性。
圖1
首先進行反應條件的優化，分別以1a和2a為原料，在45℃的LED光照條件，DMA為溶劑，加入NaI（20% mol%）反應過夜后得到的偶聯產物3a，獲得了最優收率95%（圖3）。由于這種弱相互作用形成的復合物是很難直接分離表征的，UV-vis光譜表征技術的發展為我們研究這種弱相互作用的形成提供了有利的檢測手段。利用島津UV-2550對反應中的各底物之間，底物與催化劑之間以及底物自身的紫外可見光譜進行表征測試，明確了碘化鈉和Katritzky鹽直接形成EDA復合物的猜想，為實驗的機理研究提供了有力的證據（圖2）。進一步對1a和NaI的EDA復合物進行了DFT計算，發現其溶劑化的絡合自由能為9.6 kcal/mol。
除此之外，在實驗條件優化過程中，作者還使用了GC-2010 plus，GCMS-TQ8040用于制作反應產率的標準曲線。對反應產物不易分離或者分離后難以提純而又對產率有嚴格要求的反應體系，利用繪制的標準曲線，不僅能夠得到準確快速的每次優化條件的產率值，而且大大減輕實驗操作者工作量，能夠提高實驗效率，減少實驗耗材的使用（圖3）。
圖2
圖3
隨后，作者對于底物的適用性進行了擴展，對于系列苯丙氨酸衍生的含吸電子基或者供電子基的吡啶鹽（3a-g）均可以順利反應。此外，該方法可耐受多種官能團（3h-n）（圖4）。同時，二苯乙烯上取代基的影響（3o-s）也被一并考慮，亦具有較好的結果；苯乙烯（3t）的反應也得到了相應的β,γ-不飽和產物，盡管產率有所降低，其具有很好的E/Z比率，取代的苯乙烯（3u-x）也得到相應的產物，但是E/Z比率出現降低。該方法也適用于肉桂酸（3t）為原料和吡啶鹽的反應，各種取代肉桂酸（3y-b’）也容易發生反應，可以得到高E/Z比例的β,γ-不飽和酯（圖5）。
圖4
圖5
同時，對于反應機理，作者進行了詳細的DFT計算并進行了闡釋（圖6）。
圖6
本研究開發了一種更為簡單的合成β,γ-不飽和羰基化合物的方法，只需要NaI和Katritzky鹽即可實現。DFT計算研究表明二者間的弱相互作用力加速催化EDA的產生，并揭示了自由基反應的機理。該反應從廉價易得的原料出發，不使用過渡金屬催化劑和任何添加劑，操作性強，通用性良好。
關聯儀器
文獻題目
《Photoinduced αAlkenylation of Katritzky Salts: Synthesis of β,γ-Unsaturated Esters》
使用儀器
島津UV、GC、GCMS
作者
Chao-Shen Zhang, Lei Bao, Kun-Quan Chen, Zhi-Xiang Wang,* and Xiang-Yu Chen*
Corresponding Authors：
Zhi-Xiang Wang School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
Xiang-Yu Chen School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
Authors：
Chao-Shen Zhang School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Lei Bao School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Kun-Quan Chen School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
C.-S.Z. and L.B. contributed equally.
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