周强辉:新型二价钯启动的Borono-Catellani反应

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发展高效的碳-碳键构建策略一直以来都是有机合成化学的中心任务之一，这类反应的改进与创新都会极大地改善有机合成的整体效率。通过连续的碳-氢键活化构建碳-碳键是一类比较理想的合成策略，Catellani反应是这类策略的典型代表。该反应通过钯和降冰片烯的协同催化对芳基碘化物进行有序的邻位碳-氢活化官能化和原位的偶联反应，从而高效、高选择性地完成芳基碘化物的双或多官能化，一步合成多取代、复杂的芳香烃化合物。

传统的Catellani反应主要以芳基碘化物作为起始原料，由不稳定的零价钯启动整个催化循环，因而存在较多的局限性。最近，武汉大学化学与分子科学学院的周强辉课题组创造性地选择易得且种类繁多的基础有机试剂——芳基硼酸或硼酸酯作为Catellani反应的底物，由稳定的二价钯催化剂启动催化循环。这一设想在实验中取得了成功，从而突破了Catellani反应的经典范畴，极大地丰富了该反应的适用范围。

图1. 可能的反应机理

作者首先对一系列的反应条件进行筛选，找到一种很温和的反应条件实现了上述转化。最佳的反应条件为：Pd(OAc)2 (10 mol%)、NBE-CN (1.5 equiv)、K2CO3  (2 equiv)、DMA (0.2 M)、Air、30 ℃、16 h。

接着，作者对芳基硼酸底物的适用范围进行了充分的考察。如图2所示，该反应具有非常好的底物适用性，大部分的底物都能取得较好的产率。同时，该反应具有很好的官能团兼容性，常见的卤素原子、酚羟基、羟基、硅基、酮羰基、乙烯基等都可以很好地兼容。此外，作者还选择其中一个反应进行扩大规模的合成，成功地以83%的分离收率制备了1.53克目标产物。

随后，作者分别考察了各种溴代烷烃（烷基化试剂）和烯烃（终止试剂）的反应情况，证明这些底物都具有较好的适用性。

为了更进一步地了解该反应在合成方面的应用前景，作者初步探索了基于两组分的Borono-Catellani反应构建相应的苯并稠环骨架。此外，该Borono-Catellani反应具有非常温和的反应条件，与传统Catellani反应在机理及反应条件方面存在显著的差异。作者巧妙设计了一种包含芳基碘和芳基硼酸酯结构单元的底物6，对两类反应的正交反应活性进行考察，并成功实现了以上过程。他们还通过依序的Borono-Catellani反应和Catellani反应，将底物6转化为复杂的多取代芳香化合物10。该实验有力地展示了Borono-Catellani反应具有优异的化学反应选择性。

Borono-Catellani反应具有原料廉价易得、反应条件温和、无需额外添加配体、空气作为氧化剂、操作简单（敞口反应即可）和室温即可反应等优点，非常适合工业化应用。更为重要的是，Borono-Catellani反应和经典的Catellani反应反应条件可以正交互补，从而可以在特定的底物中交替进行，具有很好的合成应用价值。这类Pd(II)启动的协同催化将为Catellani反应开辟一条新的道路。

该论文作者为：Shuqing Chen, Ze-Shui Liu, Tao Yang, Yu Hua, Zhiyu Zhou, Hong-Gang Cheng, Qianghui Zhou

The Discovery of a Palladium(II)-Initiated Borono-Catellani Reaction

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 7161, DOI: 10.1002/anie.201803865