Concept: 光诱导1,3-二烯和联烯的MHAT反应

学术   教育   2023-12-05 08:16   德国  
MHAT(Metal-hydride Hydrogen Atom Transfer, 金属氢化物氢转移)催化,尤其是过渡金属中Co,Fe,Mn的MHAT催化,已成为烯烃氢官能团化的重要工具。(关于MHAT的概念、历史以及发展可参看:MHAT:金属(氢化物)氢转移)在过去的十多年里,MHAT催化反应通过捕捉生成的烷基自由基中间体,已经广泛应用于构建C-C,C-N, C-O, C-S, C-X键中。1


经典的MHAT机理


高价CoIII与氢化物等价物(通常为硅烷)形成Co-H。随后,Co-H经历HAT(氢原子转移)过程,生成金属自由基/碳自由基笼对。此自由基对随后可能脱离溶剂而形成游离的碳自由基,其可以进一步与自由基受体反应。化学氧化剂(通常是过氧化物或N-F物种)存在下,金属自由基CoII可被氧化回高价态CoIII-X(X=OH 或F),因此,从形式上来讲,CoII与CoIII之间的催化循环需要当量的化学氧化剂。



近些年,光催化领域,尤其是光与过渡金属共催化,取得了飞速发展,是现在的研究热点。光氧化还原过程能够通过电子转移直接改变金属的氧化态,因此减少了额外氧化剂或还原剂的使用。



光催化MHAT机理


CoI被H+氧化生成Co-H物种,其随后将氢原子转移至烯烃上(HAT过程),从而得到金属自由基CoII和碳自由基。碳自由基可与不同的自由基受体进一步发生反应,实现不同的转化。在光化学条件下,CoII自由基通过SET(单电子转移)过程还原为CoI,最终实现CoI/CoIII/CoII催化循环。



二烯与联烯的MHAT反应


烯烃在MHAT中出现的最多,但同样为易获取工业基础原料的二烯和联烯,其MHAT反应却鲜有研究。


可能的原因大致可归纳为三点(见下图):其一是化学选择性问题。比如简单(孤立)的烯烃在相似的条件下,也有可能参与到MHAT反应中。其二是中间体稳定性问题。因为反应过程中产生的烯丙基自由基是高活性物种,有可能发生聚合等副反应。其三是区域选择性问题。在二烯和联烯中都存在多个反应位点。



尽管存在以上问题,近日,亚琛工业大学的Teskey课题组利用光诱导Co-卟啉催化的MHAT反应实现了1,3-二烯与吡啶的偶联。2



利用相似的策略,并与Ti催化结合,大连理工大学的石磊课题组成功实现联烯与醛的反应,从而生成烯丙基醇类化合物。3



密度泛函理论计算表明,两个不同类型的MHAT反应,在生成烯丙基自由基关键步骤中,Co-H的氢转移过程都是不可逆的。


参考文献


1.https://doi.org/10.1002/cctc.202301344

2.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310639

3.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202302483


小贴士

联烯 or 连烯?

在中文学术文献中,使用“联烯”的表达更为常见。


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