導(dǎo)語
羅海清教授課題組簡介 課題組成立于2012年，現(xiàn)有研究人員6名，包括教授1名和碩士研究生5名。目前主要致力于有機合成方法學(xué)研究，研究范疇包括有機硅試劑的制備與過渡金屬催化下有機硅試劑參與的偶聯(lián)反應(yīng)研究、含氟有機化合物的合成等。
羅海清教授簡介 羅海清，教授，碩士生導(dǎo)師。2000年和2003年本科和碩士分別畢業(yè)于蘭州大學(xué)，2012年于新加坡南洋理工大學(xué)獲博士學(xué)位，隨后2012-2013年、2014-2015年在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)以助研和訪學(xué)學(xué)者身份進行進修。作為主持人承擔(dān)國家自然科學(xué)基金地區(qū)項目2項，教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金1項，江西省自然科學(xué)基金1項，江西省教育廳項目2項。曾受邀擔(dān)任Chemical Science, Organic Letters和Journal of Organic Chemistry等有機化學(xué)領(lǐng)域多個知名期刊的審稿人。
前沿科研成果 銠(III)催化下非環(huán)烯酰胺與芳基硅烷的直接C–H芳基化反應(yīng) 烯酰胺及其衍生物是一類重要的化學(xué)物質(zhì)，它們具有顯著的化學(xué)穩(wěn)定性，烯酰胺的官能團化是合成有價值的手性胺衍生物和天然產(chǎn)物的重要途徑。烯酰胺類化合物也可以通過不同的合成轉(zhuǎn)化來加速構(gòu)建具有生物活性的藥物分子，且在分子材料領(lǐng)域也有重要應(yīng)用，所以烯酰胺的官能團化是一類重要的化學(xué)反應(yīng)。但是，非環(huán)狀烯酰胺的β-C(sp2)?H芳基化反應(yīng)鮮有報道，因此，開發(fā)一種更有效、更實用的非環(huán)狀烯酰胺的C(sp2)?H芳基化反應(yīng)方法非常必要。同時，有機硅試劑作為一種重要的金屬試劑，因其具有易儲存、易操作、低毒等優(yōu)點引起廣泛關(guān)注，近年來，過渡金屬催化下芳基硅試劑參與的偶聯(lián)反應(yīng)也得到快速發(fā)展。作為課題組前期發(fā)展的過渡金屬催化下芳基硅試劑的偶聯(lián)反應(yīng)成果（RSC Adv. 2016, 6, 39292-39295; Chem. Commun. 2017, 53, 956-958; RSC Adv. 2019, 9, 18191-18195; Asian J. Org. Chem. 2020, 9, 2083-2086; 綜述：Chin. J. Org. Chem. 2015, 35, 802-812）的進一步探究，本文以銠(Ⅲ)作為催化劑，實現(xiàn)了非環(huán)狀烯酰胺與芳基硅烷的高立體選擇性β-C(sp2)?H芳基化反應(yīng)（圖1），反應(yīng)產(chǎn)物為單一的Z式構(gòu)型。 圖1.銠(III)催化下非環(huán)烯酰胺高選擇性的β-C(sp2)?H芳基化反應(yīng) （圖片來源：Org. Lett.） 首先，作者以N-芐基-N-(1-苯基乙烯基)乙酰胺和苯基三乙氧基硅烷作為底物對反應(yīng)條件進行了優(yōu)化，反應(yīng)在最優(yōu)條件下以92%的收率得到了單一的目標產(chǎn)物。接著，作者用X射線晶體分析明確證實了該產(chǎn)物是Z構(gòu)型，并且產(chǎn)物的1H和13C核磁共振（NMR）數(shù)據(jù)與文獻報道一致。為了考察該種合成方法的底物適用范圍，作者探究了一系列含不同連接基團的烯酰胺底物（圖2）。作者首先對底物中含有供電子基團如甲基、甲氧基等進行考察，發(fā)現(xiàn)這些底物均能順利反應(yīng)且得到良好的產(chǎn)率。接著，作者也探究了含多取代基團的底物，發(fā)現(xiàn)其具有良好的官能團兼容性。值得一提的是，該反應(yīng)對鹵素取代基表現(xiàn)出良好的耐受性。實驗結(jié)果還表明：含有吸電子基團和供電子基團的一系列非環(huán)狀烯酰胺底物，都可以與此反應(yīng)體系良好地兼容。此外，從含有鄰位、間位和對位的甲氧基或溴取代基的產(chǎn)物產(chǎn)率可以知道，位阻效應(yīng)對該反應(yīng)的影響較小。隨后，N原子上有不同取代基的底物也被用來測試反應(yīng)。結(jié)果表明，當(dāng)使用其他N-芐基和N-甲基取代烯酰胺時，反應(yīng)都能以很高的產(chǎn)率獲得目標產(chǎn)物。此外，丙?；倌軋F取代乙?；鶗r，反應(yīng)也能以86%的產(chǎn)率得到目標產(chǎn)物。 圖2. 非環(huán)烯酰胺的底物普適性考察 （圖片來源：Org. Lett.） 為了進一步評估底物的范圍，作者利用芳環(huán)上具有不同取代基的各種芳基硅烷進行反應(yīng)（圖3）。從圖中可看出，烯酰胺的直接芳基化反應(yīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的官能團耐受性，對于芳基硅烷芳環(huán)上的不同取代基如烷基、烷氧基、氟、氯、三氟甲基和芳基等富電子基團或缺電子基團都展示了優(yōu)異的官能團耐受性。同時，具有鄰位、間位和對位甲基取代基的三乙氧基芳基硅烷都能以非常高的產(chǎn)率得到預(yù)期產(chǎn)物，這表明空間位阻對反應(yīng)的影響并不明顯。最后，作者考察了含有噻吩基和吡啶基結(jié)構(gòu)的雜芳基硅烷，但只有前者表現(xiàn)出較好的反應(yīng)活性。 圖3.芳基硅試劑的底物普適性考察 （圖片來源：Org. Lett.） 為了證明該合成方法的實用性，作者進行了一個克級反應(yīng)（圖4）。結(jié)果表明，在不影響反應(yīng)效率的情況下，反應(yīng)采用1 mol%的Rh催化劑也可以順利進行且得到高產(chǎn)率的目標產(chǎn)物。此外，作者還成功地進行了Pd/C催化的烯酰胺3a加氫反應(yīng)，以88%的收率得到了所需的還原產(chǎn)物5。同時，作者還發(fā)現(xiàn)芳基化產(chǎn)物3a可經(jīng)過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)進一步C?H芳基化，以61%的產(chǎn)率獲得四取代烯烴的目標產(chǎn)物6。 圖4. 克級反應(yīng)和3a的轉(zhuǎn)化反應(yīng) （圖片來源：Org. Lett.） 為了更好地了解相關(guān)反應(yīng)機理，作者探究了兩種不同類型的烯酰胺1f和1i的分子間競爭反應(yīng)（圖5），結(jié)果顯示它們的產(chǎn)物之比為3f/3i = 1.2，表明缺電子的烯酰胺比富電子的烯酰胺具有更高的反應(yīng)活性。同時，作者還研究了該反應(yīng)的動力學(xué)同位素效應(yīng)（KIE），該反應(yīng)的KIE值為1.25，表明C?H鍵斷裂不是該反應(yīng)的決速步驟。 圖5. 機理探究實驗 （圖片來源：Org. Lett.） 最后，基于以上控制實驗結(jié)果和以往文獻的報道，作者提出了一個可能的實驗機理（圖6）。如圖6所示，首先通過C(sp2)?H鍵活化，烯酰胺1a與Cp*Rh(III)絡(luò)合物環(huán)化形成六元環(huán)中間體A，接著氟離子對C-Si鍵進行活化從而促進轉(zhuǎn)金屬化反應(yīng)，形成Cp*Rh(III)-芳基中間體B，B進一步通過還原消除得到芳基化產(chǎn)物3a。最后，通過Cu(II)鹽對Cp*Rh(I)重新氧化成Cp*Rh(III)完成了整個催化循環(huán)。 圖6. 可能的反應(yīng)機理 （圖片來源：Org. Lett.） 總結(jié)：作者開發(fā)了一種 [Cp*RhCl2]2催化下活化非環(huán)狀烯酰胺的C(sp2)?H鍵直接芳基化反應(yīng)。該方法具高效、高立體選擇性、廣泛的底物范圍、良好的官能團耐受性和利用環(huán)境友好的芳基硅烷等特點。該研究為合成各種芳基化的非環(huán)狀烯酰胺衍生物提供了一種高效、實用的途徑。 這一成果近期發(fā)表在Org. Lett.上（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c03578），第一作者為二年級碩士研究生李小蘭。上述工作得到國家自然科學(xué)基金（21762002）、江西省自然科學(xué)基金（20192BAB213007）和江蘇省自然科學(xué)基金（BK20181066）資助。
