双重光催化策略实现烯烃与醛的氢酰化反应-Oliver Reiser课题组:

2022-11-17
摘要:德国雷根斯堡大学Oliver Reiser课题组开发了一种双重光催化策略,涉及通过HAT过程从易得的醛中生成酰基自由基的过程

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导读:
近日,德国雷根斯堡大学Oliver Reiser课题组开发了一种双重光催化策略,涉及通过HAT过程从易得的醛中生成酰基自由基的过程。同时,该反应具有反应条件温和、底物范围广泛、官能团兼容性高、原子经济性高等特点。相关研究成果发表在ACS Catal.上(DOI: 10.1021/acscatal.2c03315)。


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(图片来源:ACS Catal.


正文:
传统上,烯烃的酰化反应通常由羧酸活化为酰氯和相关衍生物或者通过使用贵金属或苛刻条件来实现。在光催化体系中,羧酸、α-酮酸、酸酐、酰氯和酰基硅烷均是可与烯烃发生偶联的合适的酰基自由基前体(Scheme 1)。醛类化合物是一种廉价且易得的原料,可使烯烃的氢酰化反应具有高原子经济性。由于其具有相对较弱的Csp2-H键,通过HAT策略可生成相应的酰基自由基,且无需对底物进行预官能团化。光诱导金属卤化物的均裂(游离的配体-金属电荷转移(LMCT))是一种外部HAT试剂的替代方法,可用于生成相应的自由基。

由氯气或NCS生成的氯自由基因其促进烷烃HAT的能力而众所周知,这类氯自由基参与的氯化反应按照自由基链机理。1962年,Kochi课题组的研究表明,在UV照射下,CuCl2也可以生成氯自由基,而使用CuCl2的菲咯啉配合物可在可见光照射下得到氯自由基。Rovis课题组和Duan课题组使用CuCl2或FeCl3作为氯自由基源,进一步开辟烯烃加氢烷基化反应的道路。2020年,左智伟课题组开发了一种使用Ce(III)、甲醇和9,10-二苯基蒽(DPA)通过HAT生成烷基自由基的三重催化体系,可用于含有强吸电子基烯烃的氢烷基化反应。在此,德国雷根斯堡大学Oliver Reiser课题组报道了一种用于醛的C,H-活化双重催化策略,通过使用FeCl3作为氯自由基源,并结合氧化还原介质二苯基蒽(DPA)作为共光催化剂,从而实现了缺电子烯烃的氢酰化反应。


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(图片来源:ACS Catal.


首先,作者以苯甲醛1a与丙烯腈2a作为模型底物,对氢酰化反应的条件进行了大量的筛选(Table 1)。筛选结果表明,当以FeCl3作为氯自由基源,DPA作为光催化剂,HCl与MgCl2作为添加剂,底物在乙腈溶剂中于365 nm LED照射下30 ℃反应24 h,可获得相应的酰化产物3a,收率为94%。


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(图片来源:ACS Catal.


在获得上述最佳反应条件后,作者对底物范围进行了扩展(Scheme 2)。首先,当醛底物的R1为一系列不同电性取代的芳基、呋喃基与烷基时,均可顺利反应,获得相应的产物3a-3m,收率为32-94%。其次,一系列不同取代的烯烃化合物,也均与体系兼容,获得相应的产物3n-3aa,收率为30-83%。值得注意的是,该策略具有良好的官能团兼容性。


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(图片来源:ACS Catal.


作者进行了1a2a的克级规模实验,以96%的收率获得产物3a,进一步证明了反应的实用性(Scheme 3)。


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(图片来源:ACS Catal.


随后,作者提出了一种合理的反应机理(Figure 1A)。首先,FeCl3(CH3CN)3经LMCT生成氯自由基,氯自由基可从醛中攫取氢原子生成酰基自由基。酰基自由基可与烯烃进行加成,生成自由基中间体4。同时,有机光催化剂的激发态可将FeII氧化为FeIII并形成相应的自由基阴离子7。光催化剂的还原态是一种有效的还原剂,能将中间体4还原为碳负离子,在质子转移时,碳负离子可生成产物3。此外,HCl作为氯化物源和保持FeCl3、抑制在中性或碱性pH下可能形成的氢氧化铁是必不可少的。此外,为了进一步了解反应的机理,作者还进行了相关的DFT计算(Figure 1B)


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(图片来源:ACS Catal.


总结:德国雷根斯堡大学Oliver Reiser课题组开发了一种双重光催化策略,通过简单的缺电子烯烃可直接合成一系列γ-官能团化酮衍生物。同时,氯化铁作为HAT催化剂,可生成氯自由基。铁催化剂和二苯基蒽之间的协同作用允许使用环境友好、成本低廉且易于获得的醛作为廉价的酰基自由基前体。此外,该反应具有反应条件温和、底物范围广泛、官能团兼容性高、原子经济性高等特点。

论文信息:
Iron(III)-Light-Induced Homolysis: A Dual Photocatalytic Approach for the Hydroacylation of Alkenes Using Acyl Radicals via Direct HAT from Aldehydes
Anurag Chinchole, Marco A. Henriquez, Diego Cortes-Arriagada, Alan R. Cabrera, Oliver Reiser
ACS Catal. DOI: 10.1021/acscatal.2c03315



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