过渡金属催化的芳烃的C?H键官能团化在过去二十年中得到了广泛的研究，并且已经有可能直接用各种类型的官能团(包括那些含有反应性官能团的官能团)取代芳环上的氢原子。此外，由于对可持续化学过程的需求不断增加，促使研究人员开发使用地球上富含的金属进行反应，在这种情况下，使用地壳中含量最丰富的过渡金属铁的催化剂进行C?H官能化已经得到了广泛的研究。
烯烃是有机合成中用途最广泛的官能团之一，目前已开发出多种方法直接引入烯基和烯丙基。相比之下，相应的C?H键高烯丙基化反应具有挑战性，因为高烯丙基金属中间体容易异构化和β-氢化物消除成金属氢化物和1，3-二烯。因此，人们一直在探索有限类型的同烯丙基化试剂。烷基卤化物，如高烯丙基和环丙基甲基卤化物，主要用于此目的(图1a)7但在芳环上只引入了少数高烯丙基类型的取代基。据报道，1，6-烯炔类化合物还可用于引入含有五元环的高烯丙基(图1b)。但仍需开发简便的C?H同烯丙基化方法。由烯烃两步合成的亚甲基环丙烷(MCP)有望成为C?H同烯丙基化反应中合适的偶联对。MCP在芳烃同烯丙基化反应中的应用仅有Friedel?Crafts型方法的报道，尚未被用于过渡金属催化剂通过C?H键裂解的反应。已报道的用MCP进行C?H官能化的例子还提供了其他类型的产物，例如简单的环丙基化，环化或烯基化/二烯化。
近日，来自日本庆应大学的FumitoshiKakiuchi教授课题组报道了直接引入多种β取代的高烯丙基用于芳香酮与MCPs的铁催化反应(图1c)。邻位C?H高烯丙基化反应仅通过芳香酮与MCPs在Fe(PMe3)4的催化下进行，具有完全的区域选择性。高烯丙基化产物适用于官能化1，2-二氢萘的简便合成。
作者开始研究C?H高烯丙基化反应，使用的是Fe(PMe3)4催化剂，该课题组在年发现它在C?H/烯烃偶联中工作。当用5mol%的Fe(PMe3)4(3)在四氢呋喃中于70°C反应20h时，对氟甲基三甲基苯乙酮(1a)与1.5当量的2-苯基-1-亚甲基环丙烷(2a)反应20h，邻位C-?H键的同烯丙基化反应以57%的核磁收率得到4aa(表1，条目1)。作者经过一系列的条件筛选，最终确定了使用环己烷作为溶剂，40℃条件下，使用5%的催化剂，反应20小时为最佳反应条件。
在优化的反应条件下，考察了不同MCP和芳香酮催化C?H高烯丙基化反应的底物范围。首先使用对三氟甲基比伐洛酮(1a)与各种MCP(表2，条目1?9)进行反应。MCP中含有给电子基或吸电子基都能以高产率得到相应的产物，具有烷基取代基(2g，h)的MCPS对该反应表现出很高的反应性，此外，与含有苄基醚部分的2i反应，以86%的产率提供了同烯丙基化产物4ai(条目8)。值得注意的是，所有单取代的MCP(2b?2i)都专门提供了三元开环产物4ab?4ai，不能检测到任何其他偶联产物(条目1?8)。除单取代MCPs外，二取代MCPs2j?l也适用于该反应。使用2j的反应得到了同烯丙基化产物4aj，NMR产率为83%。反式-2，3-二苯基-1-亚甲基环丙烷(2m)也与1a反应，得到在高烯丙基的1-和2-位具有苯基的产物(4am)，尽管产率较低(式1)。
C?H同烯丙基化也用不同的芳香酮进行了检测(表3)。对于不同官能团的芳香酮都有很好的耐受性，提供中等至优秀的产率。
高烯丙基化的芳酮4可通过羰基-烯烃异构体转化为1，2-二氢萘。4oa与Schrock的钼配合物6通过闭环歧化反应生成相应的1，2-二氢萘7oa，产率为74%(式2)。同样，4am的羰基-烯烃歧化反应生成相应的1，2-二苯基-1，2-二氢萘。
为了深入了解反应机理，将氘代比伐洛酮1b-d5与2j反应1小时(图2a)。根据回收原料的1H和2HNMR谱，在1b-d5和2j之间没有观察到H/D交换，表明2j只发生了1，2-插入，而不是2，1-插入。此外，本实验还得到了产率为7%的产物4bj-d5，其中在亚甲基碳中几乎有定量的氘掺入(98%D)。考察了动力学同位素效应(KIE)对C?H高烯丙基化反应的影响，竞争实验和平行实验测得的KIE分别为1.9和1.7(图2b，c)。
基于作者的机理考虑(图2a?c)和31PNMR监测，提出了一个可能的催化循环，如图2d所示，MCP的强大的反向成键能力可以使其与Fe(0)物种A配位得到MCP配合物B。然后，芳香酮1与B的邻位C?H键发生氧化加成反应得到中间体C，MCP的区域选择性加氢金属化得到环丙基亚甲基中间体D。随后在不太拥挤的C-C键处的β?碳消除提供了高烯丙基中间体E，最后还原消除提供了同烯丙基化产物4。
综上所述，铁催化芳香酮的邻位C?H同烯丙基化反应是在温和、无添加剂的条件下进行的，三元环以及邻位C?H键的简单、区域选择性裂解使得高烯丙基化产物能够选择性地形成。该反应适用于多种芳香酮和MCP，以易得芳香酮为原料，经两步反应合成了1，2-二氢萘衍生物。氘标记实验结果表明，相邻碳原子上的氢转移到产物中乙烯基团的亚甲基碳上，C?H键断裂或氢金属化是与MCPs偶联的限制步骤。
DOI：10./jacs.1c
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
