大自然制造的难以估量的碳水化合物是人类赖以生存的有机物，也是大自然给予人类最珍贵的礼物。如何更有效的利用这些馈赠，特别是对这些天然产物进行直接官能团化，使其成为更有价值的结构单元，是化学家们一直希望克服的难题。碳水化合物的一些固有特性如容易发生聚合反应、多羟基存在下难以控制选择性、多个手性中心难以保持构型不变等导致这个难题极具挑战性。
最近，加拿大皇家科学院院士、麦吉尔大学的李朝军（Chao-Jun Li）院士课题组报道了一例利用极性翻转策略实现碳水化合物的直接脱氧烯丙基化和烯烃化反应，提供一条解决上述问题的有效途径。该反应不仅兼容多种天然碳水化合物，而且条件温和、简便、羟基不一定需要保护，一步实现直接将碳水化合物转化为含有多个手性中心的合成子。论文还通过合成应用和后段修饰展示了该方法的普适性和实用性。这一成果近期发表在Science Advances 上，文章的第一作者为博士后阚剑。
该课题组前期的工作充分展示了极性翻转策略的强大威力，不仅反应条件温和、兼容性好、适应性强、甚至可以用水作为反应溶剂。这些优点给了作者充分的信心尝试运用极性翻转策略实现碳水化合直接和选择性官能团化反应。
Fig. 1. Prevalence of alkenyl carbohydrates and synthetic strategies towards them.
经过一系列条件优化，作者得到了两个最优反应条件 (Fig. 2A)：以5%摩尔当量的钯作为催化剂，控制配体和碱的不同，可以选择性的获得烯丙基化产物或者得到1,3-二烯产物。当以氮杂卡宾作为配体，NaOH或t-BuOLi为碱时，反应只生成烯丙基化产物3aa，而以P(p-CF3C6H4)3或者P(p-FC6H4)3作为配体，Cs2CO3为碱时，则以高选择性的生成1,3-二烯产物4aa。
Fig. 2. Reaction condition optimizations and substrate scope of monosaccharides.
随后作者分别对糖底物的普适性进行了考察，不同链长单糖如三、四、五、六碳糖、链状或环状都能获得比较好的收率（Fig. 2B）。反应对不同的保护基如甲基醚、丙酮叉、苄基醚等都能很好的兼容。值得注意的是，带有部分保护或裸露的多个羟基的糖也能获得中等到好的产率，表明该反应体系具有很强的兼容性，并且保护基不是必须的。通过单晶衍射确定了烯丙基化产物3am和1,3-二烯产物4am两产物的绝对构型，确认了反应底物中的多个手性羟基在反应过程中绝对构型没有发生变化。
Fig. 3. Substrate scope of allyl acetates.
在此基础上，作者拓展了取代的醋酸烯丙酯的底物范围，带有不同取代基的底物都能很好地得到目标产物，代表性的例子见Fig. 3。
Fig. 4. Synthetic applications.
此外，为更好说明反应的适用性和实用性，作者将该方法应用于天然产物（酪氨酸、雌酮等）的后修饰并合成了天然产物Anamarine的同系物（Fig. 4）。为了验证该反应的机理，作者进行了一系列控制实验，并提出了可能反应机理（Fig. 5）。
Fig. 5. Mechanistic studies and proposed mechanism.
Umpolung carbonyls enable direct allylation and olefination of carbohydrates
Jian Kan, Zhangpei Chen, Zihang Qiu, Leiyang Lv, Chenchen Li, Chao-Jun Li
Sci. Adv., 2022, DOI: 10.1126/sciadv.abm6840
加拿大皇家科学院院士、麦吉尔大学李朝军（Chao-Jun Li）教授研究团队长期致力于绿色环保的有机化学合成及转化，已发表论文>500篇，被引用50000余次，H-index为109。自 2016年以来，该课题组在羰基极性翻转后作为新型碳负离子等价物研究领域取得了一系列重要的成果，包括实现了对不饱和键的加成反应研究（Nat. Chem., 2017, 9, 374-378; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 6260-6263; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 6302-6306; Chem. Sci., 2017, 8, 8193-8197; Org. Lett., 2018, 20, 3801–3805; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 4544-4549; Nat. Commun., 2020, 11, 6022; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 14009-14013; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 6466-6472; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 13098–13104; Chem. Sci., 2021, 12, 2870-2875）; 与不同亲电试剂的交叉偶联反应 （Chem. Commun., 2018, 54, 1750–1753; ACS Catal., 2018, 8, 4622-4627; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 16520–16524；Nat. Commun., 2019, 10, 715-723）；综述（Synlett, 2019, 30, 1508-1524; Chem. Soc. Rev., 2021, 50, 10733-10742）。
https://www.x-mol.com/university/faculty/4614
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