镍催化杂芳烃的非天然戊烯基化及环状单萜化反应  

Ni-catalyzed unnatural prenylation and cyclic monoterpenation of heteroarenes with isoprene

作　　者：张功 张炜松 王小雨 杨洋[1,2] 季定纬 万伯顺 陈庆安[1,2] Gong Zhang;Wei‐Song Zhang;Xiao‐Yu Wang;Yang Yang;Ding‐Wei Ji;Boshun Wan;Qing‐An Chen(Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Dalian 116023,Liaoning,China;University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

机构地区：[1]中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023 [2]中国科学院大学,北京100049

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2023年第6期123-131,共9页催化学报（英文）

基　　金：大连市支持高层次人才创新创业项目(2020RJ05);国家自然科学基金(22071239).

摘　　要：萜类化合物,如半萜类和单萜类,是天然产物中种类最繁多、结构最多样的一类,广泛存在于植物和海洋生物中,在人类的日常生活中具有重要的应用价值.自然界中,二甲基烯丙基焦磷酸酯(DMAPP)和异戊烯基焦磷酸酯(IPP)在各种酶的作用下经过偶联、重排、环化以及异构化等反应合成萜类化合物.传统的人工方法大多依赖于过渡金属催化的异戊烯基以及反异戊烯基前体的反应,该反应不仅需要当量的金属试剂,且反应过程中也会产生当量的副产物,不符合绿色环保以及原子经济性原则.异戊二烯作为一种廉价易得的大宗化学品,其高附加值转化一直是学术界和工业界关注的焦点.但由于异戊二烯具有反应活性低以及区域选择性调控难的特点,氢芳基化产物最多可达到十四种异构体.此外,异戊二烯容易发生二聚、三聚以及调聚等反应,产生复杂产物.上述问题使得异戊二烯的高附加值转化具有很大挑战性.在前期关于异戊二烯氢官能团化以及手性二聚研究的基础上,本文提出了一种以异戊二烯为原料,通过接力催化策略,在杂芳环中引入非天然戊烯基和环状单萜骨架的方法.具体而言,使用廉价金属镍作为催化剂,小位阻的氮杂环卡宾作为配体,在当量碱的条件下,通过马氏加成得到异戊二烯4,3-氢杂芳基化产物,该策略具有广泛的底物普适性,较好的选择性和产率.机理研究表明,反应首先经过杂环化合物的C-H键氧化加成,再通过异戊二烯的配位以及迁移插入,最后通过还原消除获得目标产物.反应过程中没有当量副产物生成,符合原子经济性原则.而当体系中加入当量碱时,4,3-氢杂芳基化产物通过原位异构化获得了含有四取代烯烃的非天然半萜.机理研究表明,碱诱导的异构化和镍催化的分子内氢迁移的机理可能同时存在.进一步研究表明,通过控制不同位阻卡宾配体的添加过程,Terpenoids,such as hemiterpenoids and monoterpenoids,are the largest class of natural products,which widely exist in plants and marine organisms.Herein,a divergent strategy is developed for the introduction of unnatural prenyl and cyclic monoterpene skeleton through relay catalysis from basic feedstock isoprene.In the presence of catalytic amount of base,the unnatural prenylation of heteroarenes proceeds through Markovnikov addition onto isoprene with less hindered NHC(IMes)ligand under Ni catalysis.With the aid of extra base,a further in situ isomerization of Markovnikov addition products delivered unnatural hemiterpenoids with tetrasubstituted alkene motif in high selectivities.It was found that bulky NHC(IPr)ligand could further promote sequential hydroheteroarylation between isoprene dimers and heterocycles and gave monoterpenoids in one pot.This work provides a new strategy for regulating the synthesis of hemiterpenoids and monoterpenoids.

关 键 词：萜类化合物 异戊二烯 非天然戊烯基化 镍催化 氮杂环卡宾配体 四取代烯烃 

分 类 号：O624.13[理学—有机化学]