近年來，C-H鍵官能化已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是大多數(shù)報(bào)道的方法都需要活化的C-H鍵（如π體系或雜原子的鄰位），以解決脂肪族C-H鍵反應(yīng)活性低的難題。此外，大多數(shù)報(bào)道的方法依賴于使用貴金屬，如Rh、Pd、Ir和Ru催化劑。從經(jīng)濟(jì)環(huán)境等方面考慮，含量豐富的鐵作為一種無毒金屬具有更高的應(yīng)用價(jià)值。然而，鐵通常需要與復(fù)雜的配體聯(lián)合使用，這導(dǎo)致其催化優(yōu)勢降低。因此，盡管化學(xué)家們?cè)谥苯拥腃-H鍵官能化領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)展，但發(fā)展實(shí)用、可持續(xù)的脂肪族非活化的C(sp3)-H鍵官能化仍然充滿挑戰(zhàn)（Figure 1a）。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
近日，德國馬爾堡大學(xué)Eric Meggers教授報(bào)道了在溫和的條件下，廉價(jià)的鐵鹽催化未活化的脂肪族C(sp3)-H鍵的關(guān)環(huán)C-H胺化反應(yīng)，以制備2-咪唑啉酮衍生物（Figure 1b）。該胺化方法同樣適用于C(sp2)-H鍵。相關(guān)研究成果發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202013687）。作者首先以N-苯甲酰氧基脲1a為模型底物（Meggers課題組前期使用Ru催化體系實(shí)現(xiàn)了該反應(yīng)的不對(duì)稱版本，相關(guān)成果發(fā)表在Chem 2020, 6, 2024），考察了鐵鹽催化1a進(jìn)行關(guān)環(huán)C-H胺化反應(yīng)以制備環(huán)狀脲2的可行性（Table 1）。令人高興的是，幾種常見的鐵鹽可以促使反應(yīng)順利生成所需的2-咪唑啉酮2，且FeCl2·4H2O效果最好（entries 1-3）。隨后，作者對(duì)配體、堿、溶劑等條件進(jìn)行篩選，確定最佳條件為：以FeCl2·4H2O為催化劑、1,10-菲羅啉（phen）為配體、碳酸鈉作堿，底物1在MeCN中于50 ℃下反應(yīng)，以99%的收率得到目標(biāo)關(guān)環(huán)產(chǎn)物2（entry 9）。值得一提的是，該反應(yīng)對(duì)空氣不敏感，在敞口燒瓶中進(jìn)行反應(yīng)收率也沒有下降（entry 10）。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
在最佳反應(yīng)條加下，作者接著考察了多種N-苯甲酰氧基脲的適用范圍（Figure 2a）。芐基C(sp3)-H鍵的胺化反應(yīng)耐受多種氮和苯環(huán)上的取代基，并以良好至優(yōu)異的收率得到環(huán)狀脲2-23。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
接下來，作者考察了更具難度的未活化的C(sp3)-H鍵（Figure 2b）。脂肪族二級(jí)和三級(jí)C(sp3)-H鍵的胺化反應(yīng)可以36%-95%的收率順利得到目標(biāo)產(chǎn)物32-42。當(dāng)存在多個(gè)C-H鍵時(shí)，反應(yīng)將得到胺化產(chǎn)物的混合物44-49（Figure 2c）。
最后，基于機(jī)理研究結(jié)果，作者推測了一個(gè)合理的催化循環(huán)（Figure 3）?；钚源呋瘎〧e(II)首先與N-苯甲酰氧基脲配位，配合物的NH在堿誘導(dǎo)下發(fā)生脫質(zhì)子化，隨后脫除苯甲酸根離去基團(tuán)形成中間體鐵氮賓I。三線態(tài)的鐵氮賓化合物經(jīng)1,5-氫原子轉(zhuǎn)移（HAT）生成自由基中間體II，其隨后迅速被捕獲，構(gòu)建新的C-N鍵以得到中間體III。最后，經(jīng)產(chǎn)物釋放和鐵催化劑再生以進(jìn)行新的催化循環(huán)。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
總結(jié)：作者發(fā)展了二氯化鐵與1,10-菲羅啉共同催化的N-苯甲酰氧基脲的關(guān)環(huán)C-H胺化反應(yīng)，以較高的收率得到一系列2-咪唑啉酮。該方法具有以下特點(diǎn)：（1）催化劑簡單易得，且無需復(fù)雜的有機(jī)配體；（2）反應(yīng)條件溫和且對(duì)濕氣不敏感；（3）底物普適性廣，該C-H胺化反應(yīng)適用于芐基、烯丙基、炔丙基以及未活化的脂肪族C(sp3)-H鍵，并且同樣適用于C(sp2)-H鍵。
