上海有机所王晓明课题组JACS：双核铑-金属钯共催化的[1+1+3]环加成反应

有机化学

作者：X-MOL

2025-01-20

在有机合成领域，从简单易得的起始原料出发，开发快速、高效且便捷的合成策略获得高附加值化合物，是核心研究目标之一。为此，双金属催化的多组分反应（MCRs）因其在高效构建结构复杂分子方面的显著优势以及卓越的原子经济性和步骤经济性，受到了广泛关注。

中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室王晓明（点击查看介绍）课题组致力于研究多金属物种参与的反应体系，包括仿酶的双多核金属催化剂的开发和金属物种的现场簇集和催化等。近日，他们报道了金属铑/钯-双金属接力催化的重氮双官能团化反应。该反应通过双核铑催化的重氮卡宾插入反应与钯催化的双烯丙基取代反应接力进行，从而成功实现了双金属催化的[1+1+3]类环加成反应。通过合成应用研究，他们展示了具有多功能基团的杂环产物（四氢吡咯和四氢呋喃衍生物）作为若干重要生物活性分子的关键合成前体的应用价值（图1）。

图1. 铑/钯双金属接力催化的[1+1+3]环加成反应

作者经过详细的反应条件筛选后，确定了伯胺参与的环加成反应的最佳条件。在乙腈溶剂中，使用Rh2(Oct)4、Pd(OAc)2和BINAP作为催化剂体系，K2CO3为碱，可以高产率得到取代的四氢吡咯产物。随后，在最优条件下作者对底物范围进行了考察（图2）。结果表明，对于各种取代的芳基伯胺和重氮底物均能很好地兼容。作者还将该方法应用于一些天然产物和药物分子的后修饰，可以良好至优秀的收率得到相应产物。

图2. 伯胺作为杂原子源的底物拓展

当使用水作为亲核底物时，该反应可以得到取代的四氢呋喃产物。作者也对这一反应进行了底物范围拓展（图3）。结果表明，对于各种取代的重氮底物以及天然产物和药物分子的后修饰均能很好地兼容，反应收率中等到良好。

图3. 水作为杂原子源的底物拓展

作者进一步对反应机理进行了详细研究。首先，通过一系列控制实验，证明了各反应组分的必要性。接着，分步实验揭示了在单一催化剂双核铑催化下，重氮化合物与伯胺首先发生两组分卡宾X-H插入反应，生成仲胺中间产物。随后，钯催化的双烯丙基取代反应进一步推进了反应的进程，从而证明了该反应体系为双金属接力催化过程。这一策略可以实现从简单原料出发，合成具有多功能基团的杂环产物（图4）。

图4. 机理研究

这一成果近期发表于J. Am. Chem. Soc.上，该工作得到科技部、国家自然科学基金委、上海市科技委、上海有机所以及金属有机化学国家重点实验室的大力资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Dirhodium–Palladium Dual-Catalyzed [1 + 1 + 3] Annulation to Heterocycles Using Primary Amines or H2O as the Heteroatom Sources

Jie Xu, Gaoyin Wang, Kuiling Ding, Xiaoming Wang*

J. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.4c15161

导师介绍

王晓明

https://www.x-mol.com/university/faculty/209657