【有机】董广彬、戚孝天团队JACS：酮的β-C−H键烯基化- 大数跨境

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2023-01-08

导读：芝加哥大学董广彬教授与武汉大学戚孝天教授课题组合作开发了一种氢转移策略：从炔基酮为底物出发，利用酮作为氢供体，炔基作为氢受体，在一价铱催化的温和条件下实现了酮与炔烃的分子内β-C−H键烯基化反应。

酮类化合物是化学中的基本结构单元及最常用的有机合成中间体之一。由于其存在的广泛性，酮类化合物的多样性合成及转化受到了人们的广泛关注。从结构上看，酮羰基位点的亲电性及其α-氢的酸性，赋予了酮类化合物一系列重要的化学转化。相比之下，酮的β-官能团化更具有挑战性。现有的β-官能团化方法主要存在步骤长、需要预装导向基团、需要氧化剂等多方面要求。这些合成上的挑战及现有方法的缺陷，极大地限制了酮的β-官能团化的应用。因此，发展一种氧化还原中性、避免使用强酸强碱、高原子经济性的β-官能团化策略具有重要的研究意义及实用价值。

近日，芝加哥大学董广彬教授与武汉大学戚孝天教授课题组合作开发了一种氢转移策略：从炔基酮为底物出发，利用酮作为氢供体，炔基作为氢受体，在一价铱催化的温和条件下实现了酮与炔烃的分子内β-C−H键烯基化反应。该项工作不仅为酮的β-官能团化提供了有效的方式，也为其他羰基化合物的衍生化提供了新的思路。

图1. 酮的β-官能团化

首先作者以链状的炔基酮底物1a作为模型底物对反应条件进行优化。通过一系列催化剂、添加剂等条件的筛选，最终以89%的产率得到β-烯基化产物2a。随后对反应的进一步酸处理，以82%的分离产率合成目标茚酮类产物3a。

在最优条件下，作者进行了底物拓展，实验结果表明该反应对于不同的链状酮及炔烃底物均具有良好的官能团兼容性。需要指出的是，Thorpe−Ingold效应对该反应具有重要的促进作用。除上述链状底物外，该铱催化反应同样适用于环己酮类底物的β-烯基化反应。

图2. 链状及环状酮的底物普适性研究

为了探究该反应的具体机理，作者进行了一系列机理实验。首先，β-氘代底物4a-D在标准条件下可以顺利地反应，得到烯基氢完全被氘代的目标产物5a-D。这一结果充分说明了反应中存在酮β-氢迁移到炔基上的过程。在随后的交叉实验中，作者发现该反应不存在分子间氢转移过程。进一步的KIE实验表明，酮的α-及β-碳氢键断裂不是反应的决速步。为了更好的揭示该反应的内在机制，作者开展了DFT理论计算，结果表明该反应经历酮的α,β-脱氢、分子内迁移插入、共轭加成等步骤，且迁移插入步骤为反应的决速步。作者通过机理实验与理论计算相结合的方式，排除了另一种可能的环加成反应路径。

图3. 氘代标记实验

接着，作者尝试将该反应的规模扩大到克级，并以74%产率得到β-烯基化产物。得益于产物中的易于转化的羰基和烯基，作者对产物进行了多种衍生化，主要包括OsO₄双羟化（14）、催化氢化（15）、Wittig烯基化（16）、Eschenmoser亚甲基化（17）、NaBH₄还原（18）、缩合（19）等。

图4. DFT理论计算及产物衍生化

总结

芝加哥大学董广彬教授与武汉大学戚孝天教授课题组合作，报道了一种铱催化氢转移策略实现的酮类化合物的β-C−H键烯基化反应。通过一步的方式完成了酮与炔烃的β-烯基化反应，且无需用到卤化物或强酸强碱、反应条件温和。此外，作者通过多种简单实用的化学反应，证实了所合成的烯基酮类产物具有广泛的转化用途。最后，作者进行了详细的机理实验，证实了该氢转移过程的机理，为羰基类化合物的无导向β-官能团化提供了全新的视角。

本文第一作者厦门大学化学化工学院周波副教授（目前正招收有机化学方向硕士/博士研究生，详情见后）。

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Iridium-Catalyzed Intramolecular β-C–H Alkenylation of Ketones with Alkynes via a Hydride-Transfer Approach

Bo Zhou, Shuang Deng, Yin Xu, Xiaotian Qi*, and Guangbin Dong*

J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 23230–23238, DOI: 10.1021/jacs.2c11505

周波博士简介

周波，厦门大学化学化工学院副教授，博士生导师。2019年6月于厦门大学化学化工学院获理学博士学位，师从叶龙武教授，主要研究方向为基于炔烃的杂环合成方法学。2019年11月至2022年7月在美国芝加哥大学化学系从事博士后研究，合作导师为董广彬教授 (Prof. Guangbin Dong)，主要研究方向为酮类化合物的碳氢键活化。2022年8月入职厦门大学化学化工学院，加入叶龙武教授团队。

周波副教授招收有机化学方向硕士/博士研究生。团队网页：

https://lwye.xmu.edu.cn/index.htm

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1、对科学研究和探索有浓厚兴趣;

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3、具有有机化学专业或材料相关专业的本科及以上学位，具有过渡金属催化，反应机理研究，有机合成方向背景者优先考虑；

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导师介绍

董广彬