過渡金屬催化的無張力C-C單鍵裂解可以非傳統(tǒng)方法來合成復雜的有機分子，吸引了越來越多化學家的關(guān)注。雖然目前已經(jīng)有大量關(guān)于C-C單鍵官能團化反應的報道，但可裂解的C-C鍵類型仍然有限，通常只適用于C-C鍵的鄰位具有極性基團（如氰基、羰基、亞胺基和羥基）的化合物。關(guān)于非極性C-C鍵解離的反應目前還未報道。
近年來，日本慶應大學的Fumitoshi Kakiuchi 教授通過螯合輔助的C-C鍵裂解實現(xiàn)了銠催化烯丙基苯的烯基化反應（Scheme 1A）。初步的機理研究表明，烯烴的加氫金屬化以及螯合輔助下β-碳消除作用裂解了C-C鍵（Scheme 1B）。最近，該課題組利用銠催化劑Cp*Rh（III）有效地將苯乙烯衍生物中的C(芳基)-C(烯基)鍵轉(zhuǎn)化為新的C-C鍵（Scheme 1C）。該方法條件簡單，底物范圍廣，適用于具有吡唑基導向基團的苯乙烯、未活化的脂肪族烯烴和烯丙醇等多種烯烴。相關(guān)成果近期發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.0c02232）。
（圖片來源: J. Am. Chem. Soc.）
研究初始，作者以帶有導向基團的異丙烯基苯衍生物（1a）和苯乙烯（2a）為模型底物進行探索（Table 1），并確定了最佳反應條件為：[Cp*Rh(CH3CN)3][SbF6]2（3a）作催化劑，EtOH為溶劑，底物在回流條件下反應3小時，以94％的分離收率得到烯基化產(chǎn)物4aa。此外，增加催化劑的量以及延長時間，含2-吡啶基導向基團的底物（5）能以85％的核磁收率得到目標產(chǎn)物（6）。
（圖片來源: J. Am. Chem. Soc.）
隨后，作者對底物范圍進行了考察（Table 2）。首先考察了具有各種對位取代基的苯乙烯的范圍。具有給電子基團的苯乙烯衍生物均能以優(yōu)秀的收率得到目標產(chǎn)物（4ab-4ad），帶有吸電子基團的苯乙烯衍生物也能參與反應（4ae）。此外，該反應對多種鹵代基團具有耐受性（4af-4ah）。也適用于具有鄰位取代基的苯乙烯衍生物（4ai）。該策略還可適用于具有鄰位取代基團的吡唑基丙烯基苯衍生物（4ba-4ca ，4da-4fa）。值得一提的是，具有間位取代基團的吡唑基丙烯基苯衍生物可以較高收率獲得目標產(chǎn)物（4ga）。用該課題組開發(fā)的其他方法還可將產(chǎn)物的吡唑基轉(zhuǎn)化為氨基（eq 1）。
（圖片來源: J. Am. Chem. Soc.）
隨后，作者考察了其他烯基底物的范圍。實驗結(jié)果表明，該反應適用于1-丙烯基苯基吡唑（eq 2）、二苯乙烯衍生物（eq 3）以及具有1-(4-甲氧基苯基)乙烯基的底物（eq 4）。增加催化劑用量并延長反應時間，二苯乙烯衍生物的芳基會發(fā)生1,2-遷移生成產(chǎn)物4aa （eq 5）。
（圖片來源: J. Am. Chem. Soc.）
緊接著，作者對未活化的脂肪族烯烴和烯丙醇底物進行考察。多種未活化脂肪族烯烴可以高效地得到偶聯(lián)產(chǎn)物（Table 3）。對于含多種烷基取代的烯丙醇化合物，反應均能以良好至優(yōu)秀的收率獲得相應的β-酰基烷基化產(chǎn)物（11ab-11ae）（Table 4）。
（圖片來源: J. Am. Chem. Soc.）
最后，作者做了氘代實驗（Scheme 2），并提出了可能的催化循環(huán)（Figure 1）。首先，原位生成的氫化銠化合物對烯烴進行加氫金屬化（A→B→C），隨后C經(jīng)螯合輔助的β-碳消除作用，得到銠環(huán)中間體D（C→D）。然后苯乙烯經(jīng)2,1-插入反應區(qū)域選擇性地插入Rh-C鍵中，最后經(jīng)β-氫消除得到目標產(chǎn)物4和氫化銠物種A（D→E→F→A）。
（圖片來源: J. Am. Chem. Soc.）
小結(jié)：Fumitoshi Kakiuchi 課題組開發(fā)了一種通過C-C鍵的斷裂實現(xiàn)苯乙烯衍生物官能團化的新策略。該策略體系簡單，底物范圍廣，對苯乙烯、未活化的脂肪族烯烴和烯丙醇等多種烯烴均適用。值得一提的是，這是苯乙烯衍生物中烯基轉(zhuǎn)化為各種碳官能團的第一個例子。在該反應中，C-C鍵是通過加氫金屬化和β-碳消除途徑裂解的。
