【原】【Sci. China Chem.】南科大舒?zhèn)フn題組：可見光和鈷肟雙催化體系實現(xiàn)烯烴與醇的烯丙基C-H直接氧合制備支鏈烯丙基醚

CBG資訊公眾號 2025-06-16 發(fā)布于江蘇

展開全文

導(dǎo)語

最近，南方科技大學(xué)舒?zhèn)フn題組報道了一例可見光和鈷肟雙催化體系實現(xiàn)烯烴與醇的烯丙基C-H直接氧合制備支鏈烯丙基醚。值得注意的是，該方法能夠?qū)Ｒ坏貙-H鍵進(jìn)行區(qū)域和化學(xué)選擇性的單醚化，伯、仲和叔醇以及其它含氧親核試劑，如羧酸鹽和環(huán)狀1,3-二酮，都能很好的兼容于該反應(yīng)。相關(guān)成果發(fā)表在Sci. China Chem.上（DOI: 10.1007/s11426-025-2667-5）。

烯丙基醚重要性

如Figure 1所示案例，烯丙基醚存在于眾多的功能性分子中，例如天然產(chǎn)物，生物活性分子和藥物分子中。此外，烯丙基醚還是許多高附加值目標(biāo)分子的多功能合成中間體。

Figure 1. Selected allylic ethers in pharmaceuticals and bioactive molecules（來源：Sci. China Chem.）

已報道合成方法

傳統(tǒng)的烯丙基醚的合成依賴于SN2/SN2'取代反應(yīng)。過渡金屬催化的親核取代反應(yīng)，已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。然而，空間位阻傾向于生成線性產(chǎn)物以及仍面臨需要預(yù)修飾、區(qū)域選擇性難控等諸多問題（Scheme 1a）。此外，基于光誘導(dǎo)的Pd催化下的烯丙基醚化也有報道，2024年，Gevorgyan課題組開發(fā)了一種可見光介導(dǎo)的鈀催化內(nèi)烯烴烯丙基醚化的方法（方案1c）[34]。該方法需要使用計量的芳基溴作為氫原子轉(zhuǎn)移（HAT）試劑，通常適用于羧酸、酚和肟等O-親和試劑（Scheme 1b）。目前，烯烴的直接烯丙基C-H醚化生成支鏈醚仍具有挑戰(zhàn)性，需要克服空間位阻效應(yīng)以實現(xiàn)所需的區(qū)域選擇性。

Scheme 1. Synthesis of allylic ethers（來源：Sci. China Chem.）

此工作設(shè)計

如Scheme 2所示，作者基于之前的工作和文獻(xiàn)報道，提出了可見光和鈷肟共催化烯丙基C-H直接烷氧化的合理機(jī)制。首先，在可見光和鈷肟雙催化體系下，末端烯烴1快速異構(gòu)化為相應(yīng)的內(nèi)部烯烴A。接下來，光照射下光催化劑（PC*）被內(nèi)烯烴A淬滅，發(fā)生單電子轉(zhuǎn)移（SET），生成還原光催化劑PC·-物種和自由基陽離子中間體B。隨后，中間體B通過C-O鍵形成被O-親核試劑捕獲，得到碳中心自由基中間體C。同時，[Co^III]物種與還原的PC·-相互作用，再生光催化劑（PC）和[Co^II]物種，后者與自由基中間體C反應(yīng)，經(jīng)歷形式β-氫消除，提供所需的產(chǎn)物3和[Co^III]-H物種。最后，[Co^III]-H物種被質(zhì)子源淬滅，再生[Co^III]物種并釋放氫氣。

Scheme 2. Plausible mechanism for the dual-catalyzed branched oxygenation（來源：Sci. China Chem.）

條件篩選

作者使用α-丁基苯乙烯（1a）和乙醇（2a，EtOH）作為模板底物，對末端烯烴的烯丙基C-H醚化進(jìn)行了條件篩選（Table 1）。在對不同維度的反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行廣泛優(yōu)化后，確定了在室溫下使用Mes-3,6-t-Bu₂-Acr-Ph⁺BF₄^-（1 mol%）作為光催化劑，Co(dmgH)(dmgH₂)Cl₂（9 mol%）作為催化劑，KHCO₃（20 mol%）作為添加劑，在1,2-二氯乙烷（DCE，0.5M）中，通過藍(lán)光LED照射18小時的標(biāo)準(zhǔn)條件，將1a的烯丙基C-H直接乙氧基化生成支鏈烯丙基醚（3a），產(chǎn)率為86％。

Table 1. Optimization of the reaction conditions.

（來源：Sci. China Chem.）

底物拓展

在優(yōu)選反應(yīng)條件下，作者探索了室溫下雙催化直接C-H鍵醚化生成支鏈烯丙基醚的底物適用范圍（Scheme 3）。首先，研究了烯烴的范圍。各種具有不同烷基鏈以及各種取代模式的α取代的苯乙烯均能很好的兼容該反應(yīng)，生成相應(yīng)的支鏈烯丙基醚。反應(yīng)兼容底物上眾多官能團(tuán)，包括鹵素、氯、芳基、對磺酰胺、酞酰亞胺、酯以及烷氧基等基團(tuán)。接下來，研究了O-親核試劑的適用范圍。具有潛在進(jìn)一步轉(zhuǎn)化功能的各種官能團(tuán)的一級脂肪醇以中等到優(yōu)異的產(chǎn)率提供了所需的烯丙基醚。非環(huán)狀和環(huán)狀二級醇、非環(huán)狀和環(huán)狀二級芐基醇，也能很好的兼容該反應(yīng)。此外，空間位阻較大的叔丁醇也成功進(jìn)行了烯丙基化，但產(chǎn)率略低。最后，作者還發(fā)現(xiàn)，烷基和芳基羧酸鹽、環(huán)狀1,3-二酮等其它O-親和試劑也能很好的兼容該反應(yīng)。

Scheme 3 Scope of alkenes and O-nucleophiles.（來源：Sci. China Chem.）

機(jī)理研究實驗

作者對反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了初步探索（Scheme 4）。放大量實驗（1.0 mmol scale）仍能以78%的分離收率獲得目標(biāo)產(chǎn)物，證明了該方法的實用性。TEMPO捕獲實驗和自由基探針實驗表明該反應(yīng)經(jīng)歷了自由基路徑。時間進(jìn)程實驗表明反應(yīng)可能涉及烯烴的異構(gòu)化-羥基醚化過程，且內(nèi)烯烴可能是反應(yīng)的中間體。最后，熒光淬滅實驗表明反應(yīng)是從內(nèi)烯對激發(fā)態(tài)光敏劑的還原淬滅開始的。

Scheme 4. Control experiments and mechanistic investigations.（來源：Sci. China Chem.）

總結(jié)

南方科技大學(xué)舒?zhèn)フn題組首次開發(fā)了一種在室溫下利用可見光和鈷肟催化劑直接對末端烯烴進(jìn)行烯丙基C-H醚化的方法。該反應(yīng)的特點是直接對空間位阻較大的烯丙基C-H鍵官能化，從而生成支鏈烯丙基醚和酯。一級、二級、三級醇均可耐受，以提供具有不同空間位阻的烯丙基醚。此外，一系列其他O-親核試劑，如羧酸鹽和環(huán)狀1,3-二酮也能很好地耐受。機(jī)理研究表明，反應(yīng)經(jīng)歷了一個有趣的異構(gòu)化-C-O官能化-異構(gòu)化過程。該方法為從易得的烯烴通過C-H官能化直接合成支鏈烯丙基醚和酯提供了一條溫和且穩(wěn)健的途徑。

舒?zhèn)パ芯繂T團(tuán)隊簡介

舒?zhèn)?/strong>博士，研究員、課題組長、博士生導(dǎo)師。本科畢業(yè)于南開大學(xué)，獲理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)雙學(xué)士學(xué)位；博士畢業(yè)于中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所，師從麻生明研究員和賈國成教授，獲中科院院長優(yōu)秀獎；博士畢業(yè)后分別于蘇黎世大學(xué)、普林斯頓大學(xué)和麻省理工學(xué)院從事博士后和研究工作；2018年5月加入南方科技大學(xué)化學(xué)系開展獨立研究。迄今為止，舒?zhèn)ゲ┦吭?/span>Nat. Synth., Sci. Adv., Nat. Commun., JACS, ACIE等國際一流期刊發(fā)表論文八十余篇；其中2019年以來，以第一/通訊作者發(fā)表SCI論文六十余篇，包括Nat. Synth. 1篇, Sci. Adv. 3篇，ACIE 11篇，Nat. Commun. 6篇，CCS Chem. 1篇，JACS 2篇，JACS Au 1篇，Sci. China Chem. 2篇，Chem Catal. 2篇，ACS Catal. 6篇，Chem. Sci. 7篇，申請和授權(quán)專利12項。