【Org. Lett.】美国莱斯大学:钴光催化下末端环氧化物重排为甲基酮的自由基重排反应

环氧化物是重要的合成中间体,其通过Lewis酸催化的异构化反应生成羰基化合物,即经典的Meinwald重排。然而,传统Meinwald重排往往产生多种产物,尤其是末端环氧化物通常主要生成醛,而非酮。近年来,研究者开发了多种金属催化体系(如Coates的铝卟啉-钴配合物、Kunz的铑钳形配合物)以及DABCO介导的非金属体系,试图实现末端环氧化物向甲基酮的选择性异构化。但这些方法存在空气敏感、高温、区域选择性差或底物范围有限等不足。在此,美国莱斯大学(Rice University)Julian G. West课题组报道了一种氧化还原中性、高选择性的钴肟光催化方案,可在可见光照射下实现末端环氧化物高选择性地重排为甲基酮。该体系在弱碱性条件下提供了与Meinwald重排互补的产物,并表现出广泛的官能团耐受性。此外,初步研究表明该反应通过自由基机理进行。本文研究亮点:
1.条件优化:以苯基缩水甘油醚为模型底物,作者筛选了钴肟催化剂、碱、溶剂及光源等参数。最优条件为:25 mol% Co-1、1.0当量NaHCO₃、MeOH(0.2 M)、427 nm蓝光照射22小时,以88%的产率获得目标甲基酮,且仅有少量开环副产物。
2.广泛的底物范围与官能团耐受性:该催化体系对单取代烷基末端环氧化物表现出优异的底物适用性和官能团兼容性。多种简单末端环氧化物以70–80%产率转化为甲基酮;含腈、酰胺、酮、苄醚、硅醚及Boc保护基的底物均可耐受,产率66–90%;而芳基环氧化物和内环氧化物基本不反应,体现对单取代烷基末端环氧化物的高度选择性。
3.自由基机理验证: TEMPO完全抑制反应,自由基钟底物则同时生成甲基酮和环化醇副产物,证实反应经由环氧化物开环产生的末端自由基中间体进行,与传统的协同β-氢消除机理不同。
该研究首次报道了钴肟光催化下末端环氧化物通过自由基机理选择性重排为甲基酮的方法,在弱碱性条件下实现了与经典Meinwald重排的区域选择性互补。该体系条件温和、官能团耐受性广,为环氧化物异构化提供了全新的反应路径。
论文信息:
Brian Funk, Michael Yasuda, Julian G. West*. Radical Rearrangement of Terminal Epoxides to Methyl Ketones via Cobalt Photocatalysis. Org. Lett., 2026, https://doi.org/10.1021/acs.orglett.6c01341.
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