先进能源材料化学教育部重点实验室(南开大学) Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)

周其林院士、许秀芳教授合作新成果:Ni(0)催化苯乙烯及其衍生物对亚胺氢烯基化反应

发布人:李海霞 时间:2018-06-20

    烯丙基胺不仅广泛存在于大量重要的天然含氮化合物、农用化学品和药物中,在有机合成中也担当了一个通用的结构单元。在此背景下,寻找普遍有效的合成烯丙基胺的方法已经成为一个十分重要的研究议题。在各种潜在可能的合成方法中,亚胺与π−复合物直接发生C−C偶联成为最吸引人的途径之一。因为它能够允许两个更小的碳骨架结合在一起,这意味着可以使用更加丰富廉价的起始材料。传统的偶联方法主要依赖于烯基金属对各种亚胺的亲核加成反应。为了避免用到高度敏感的烯基金属,一些替代方法逐渐被开发出来。其中一种比较实用的方法是在各种还原剂或烷基金属试剂的作用下,炔烃与亚胺发生还原偶联或烷基化偶联反应。另一种常用的方法是将活化的烯烃与亚胺直接偶联,比如Morita-Baylis-Hillman反应和C−H键加成反应。尽管在不断努力地探究过程中研究者们已经取得了非常巨大的进步,但是在这种与亚胺偶联反应的过程中,大量可获得的烯烃,比如苯乙烯和α−链烯仍是具有挑战性的底物。
    周其林院士课题组报道了过渡金属Ni(0)催化亚胺与苯乙烯及其衍生物的氢烯基化实现C−C直接偶联合成烯丙基胺的反应。该反应用烯烃替代烯基金属试剂,提供了一种新的、原子经济的合成烯丙基胺的方法。大量的芳香族和脂肪族亚胺直接与苯乙烯及其衍生物相结合,产生各种烯丙基胺,产率高达95%。
图1 Ni(0)催化烯烃对亚胺的氢烯基化反应
    实验室许秀芳教授课题组运用DFT计算结合实验对该反应的机理进行了研究,认为TsNH2的存在对Ni环中间产物的开环起着至关重要的作用。苯乙烯和亚胺氧化环化形成了一个五元氮杂Ni环中间产物I,而TsNH2则作为氢迁移介质,被用来促进刚性Ni环质子化,从而得到一个易弯曲的开环中间产物II。随后经过Ni烷基键的β−H消除,释放出了烯丙基胺产物,并重新生成Ni催化剂和TsNH2。
图2 TsNH2在反应机理中所扮演的角色
    该研究开发了一种简单的方法合成烯丙基胺,即Ni0/PCy3复合物催化亚胺与苯乙烯直接发生氢烯基化。实验与理论结合证实了TsNH2的作用类似于一个质子传输器,使质子从烯烃转移到亚胺,并伴随着新的C−C键的形成。相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 3396。