张坚教授团队在芳基烯烃的α-/β-碳氢官能团化

shanbian

近日，我校材料与化学化工学院张坚教授团队等在芳基烯烃的α-/β-碳氢官能团化——复杂多烯的选择性合成研究上取得新进展，相关研究成果以题为Stereoselective Synthesis of Complex Polyenes through Sequential α-/β-C−H Functionalization of trans-Styrenes发表于国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition（IF = 16.6）上。
        烯烃是来源广泛的大宗化学品，通过烯基C-H官能团化可以高效合成各类烯烃衍生物。导向基作用下烯烃的C-H官能团化可以用于多取代烯烃的E/Z选择性合成，反应经历了endo-或exo-型金属杂环中间体。这类反应通常局限于以二取代烯烃为底物（1,1-和Z-二取代烯烃），通过导向基作用下的一步烯基C-H官能团化，合成三取代烯烃。由于导向基的空间邻近不允许，该三取代烯烃不可能进一步发生C-H官能团化合成四取代烯烃。同时，这类二取代烯烃如1,1-二取代烯烃和Z-二取代烯烃，导向基作用下的C-H活化反应位点只有一个，因此没有真正解决烯基C-H官能团化的选择性问题。此外，E-烯烃的选择性α碳氢官能团化，需要经历较高能量的exo-型金属杂环中间体，挑战大因而尚未见相关报道。再者，导向基的安装/脱除步骤费时费力，所以一个导向基作用下的多步C-H官能团化可以显著提高合成效率，但是这方面的报道不多。

       在前期研究基础上（Chem. Soc. Rev., 2021, 50, 3263；Nat. Commun. 2019, 10, 5109；Chem. Record. 2023, e202300012；Org. Chem. Front., 2022, 9, 4834；Org. Lett. 2019, 21, 4868），研究人员成功发现了E-苯乙烯的选择性α-/β-C-H烯基化反应，以制备各种复杂的1,3-二烯和1,3,5-三烯。该反应利用吡嗪酰胺作为双齿导向基实现了优异的区域和E/Z选择性，反应经历了六元exo-和七元endo-金属杂环中间体。该反应条件温和、有很好的官能团兼容性和宽的底物适用性，以优异的E/Z选择性合成三、四取代共轭二烯和四、五取代共轭三烯。偶联试剂可以是缺电子烯烃和炔烃。反应还适用于“一锅法”合成共轭三烯，大大提高了合成效率。这些反应适用于克级制备，所得的二烯和三烯产物可以进行一系列化学转化，如导向基的脱除、环氧化、以及三烯的光异构化反应。同时，研究人员还发现了以简单的苄基酰胺为底物，经三步吡嗪酰胺导向的芳基、烯基、烯基三重碳氢烯基化反应，高效合成芳基三烯。机理实验进一步证明了α-C-H活化步骤为决速步，且反式烯烃的活性大大低于顺式烯烃。此外，研究人员还通过理论计算对多个反应过渡态进行了研究分析，理论上解释了反应的选择性、反应活性以及导向基的作用。
       值得一提的是，本论文合成的共轭多烯有望应用于多种天然产物和药物的合成。同时，由于烯烃官能团化反应类型多样，包括烯基化、芳基化、杂原子化、烯丙基化和烷基化等，该E-烯烃的多重C-H官能团化策略有望用于高效合成不同类型取代基的四取代烯烃，并在有机合成中获得重要应用。
        材化学院硕士研究生祝宇航、王旖旎和沈文舟为该论文并列第一作者。材化学院张坚等为第一通讯作者。杭州师范大学为第一通讯单位。该论文成果接受国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等资金资助。
        文章来源：杭州师范大学
        张坚 主要从事有机合成、药物合成等方面的研究工作。2013年于新加坡南洋理工大学获得博士学位。入选2015年“西湖学者”。2008年获得“天津市自然科学二等奖”（第二完成人）。近年来主持了1项国家自然科学基金、1项浙江省自然科学基金等项目；已在过渡金属催化下烯烃和芳烃惰性碳氢键活化、烯烃氧化偶联等领域获得了系列创新性成果，已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Org. Lett.、Chem. Commun.、Adv. Synth. Catal. 等国际主流学术期刊上以第一作者或（和）通讯作者身份发表SCI论文18篇（其中JCR一区15篇）、申请发明专利三项。担任Chem. Commun.、Org. Biomol. Chem.、Adv. Synth. Catal. 等国际知名化学期刊审稿人。