芳香族开环复分解反应！
芳香族化合物因其稳定性、特有的相互作用、明确的分子形状以及通过各种环化反应合成的多种合成方法而被广泛用于化学和材料科学。相比之下，由于开环时破坏芳香性的不利能量，惰性芳香族碳-碳键的断裂在很大程度上仍然不可行。对于非芳香结构，过渡金属亚烷基催化的烯烃复分解被认为是最通用的碳-碳键形成和断裂反应之一。然而，尽管取得了显着的进步，通过复分解打开芳香族化合物的策略仍然难以捉摸。
鉴于此，瑞士巴塞尔大学Christof Sparr课题组报道了使用 Schrock-Hoveyda 钼催化剂进行芳环开环复分解 (ArROM)，用于裂解芳环，包括四苯、萘、吲哚、苯并呋喃和菲。每个环系的反应都通过独特的亚烷基中间体进行。他们进一步展示了通过对阻转异构体构型的精确催化剂控制进行立体选择性芳族开环复分解的可能性。因此，芳族开环复分解是一种可行且有效的催化转化和相互转化各种芳族化合物的方法，无需任何试剂或光激发。相关研究成果以题为“Aromatic ring-opening metathesis”发表在最新一期《Nature》上。
【背景与概念】
虽然芳香族化合物因其强大的性质而在有机合成和材料科学中发挥着重要作用，但大多数转化通过取代或其他反应保留芳香性。先前的脱芳构化方法包括：（1）Birch还原——将芳烃还原为环己二烯。（2）芳烃加氢为饱和烃。（3）环加成和氧化——例如芳烃氧化为醌。（4）基于卡宾的芳香族扩展——由Buchner首创，涉及将卡宾或氮烯插入芳烃，然后进行电环开环。（5）酶促裂解——在细菌中通过双加氧酶观察到，将芳烃转化为粘康酸衍生物。
尽管取得了这些进展，但由于在没有过多能量的情况下破坏芳香性的挑战，芳香环的非酶促和催化裂解仍然难以实现。由过渡金属亚烷基催化的烯烃复分解是碳碳键形成和裂解的有力工具。然而，计算研究表明，像苯这样的芳香系统由于其不利的能量学而抵抗开环复分解。
作者提出，适当的驱动力（例如应变释放和芳香稳定）可以使芳香开环复分解（ArROM）可行。他们使用 Schrock-Hoveyda 钼催化剂开发了裂解多种芳香族体系（四苯、萘、吲哚、苯并呋喃、菲）的方法，同时通过催化级联实现进一步转化。主要亮点在于：多芳烃和杂环的开环；阻转异构体选择性ArROM(AArROM)–对阻转异构体形成的立体选择性控制；级联转化涉及多个复分解步骤。
图 1.背景与概念
【芳香环开环复分解（ArROM）-闭环复分解（RCM）级联】
作者重点介绍通过ArROM实现的创新级联反应，具体演示以下内容：作者在65°C下使用钼催化剂C1测试了四苯1（图2a）。产物2的分离收率为82%，DFT计算证实其与起始材料相比具有更高的芳香族稳定性。ArROM还可以扩展到萘衍生物3。该反应结合了双重闭环复分解(RCM)级联，以74%的产率生成4，一种稠合多环芳烃(PAH)。对于五元杂环（图2c），对吲哚5a和苯并呋喃5b进行ArROM处理，然后进行双重RCM处理。吲哚5a产生萘并吲哚6a，产率98％，而苯并呋喃5b产生菲呋喃6b，产率92％。最后PAH的双向合成（图2d）：双重ArROM-RCM能够生成扩展PAH。底物7a-c形成产物8a-c，产率范围为56%至67%，包括区域异构苯并[m]-四吩（63%产率）。此外，ArROM-RCM平衡了吲哚衍生物9a-i及其结构异构体10a-i，揭示了取代基效应：给电子基团的比例向异构体10a-b移动；吸电子基团青睐底物9f-i。对于复杂的级联反应（图2f）：作者在底物11上实现了双重ArROM和三重RCM级联，产生二吲哚基菲12（产率41%）。吲哚的双重ArROM-RCM（图2g）显示：底物13a用钼催化剂C2进行ArROM，产生菲基吲哚14a（产率96-98%）。富电子和缺电子吲哚的耐受性良好。
图 2. ArROM和RCM级联的应用，包括PAH合成和吲哚平衡
【体选择性芳香开环复分解(AArROM)–闭环复分解级联】
本节讨论阻转异构体的立体选择性合成，其中 ArROM 与 RCM 结合形成具有立体轴的产物。图 3显示菲底物15a-k用手性钼催化剂原位处理，采用二吡咯基配体(Ra)-L1。实现了高产率（高达98%）和出色的对映选择性（98:2 e.r.）。值得注意的是，产物(Ra)-16a的分离产率为83%，e.r.为98:2。联菲产品（图4a）：作者探索了底物17a-i上的双重ArROM-RCM级联，产生了具有出色对映选择性（>99:1e.r.）的联菲。产品 (Sa)-18a 被放大至 111 mg，产率为 97%，e.r. >99:1。吲哚系统（图4b）：吲哚19a的动力学拆分产生了具有中等对映选择性（87:13 e.r.）的产品 20a，在起始材料中保留了18:82 e.r.。立体动力学底物19c和19d的动态动力学拆分产生了分别具有97:3和96:4 e.r. 的产品 20c-d。作者进一步证明，将 AArROM 与双重 RCM 相结合可生成具有高度立体选择性控制的多环产物。产品的绝对构型通过 microED 等晶体学方法得到确认。
图 3. 对映选择性芳香族开环复分解（AArROM）-闭环复分解（RCM）级联
图 4. 对映选择性开环复分解（AArROM）-双重RCM级联
【总结】
本文确立了芳香环开复分解(ArROM)作为一种多功能催化方法，用于裂解芳香碳碳键。主要亮点包括：（1）多样化的芳香体系：高效裂解和转化多环芳烃、萘、菲和杂环（吲哚、苯并呋喃）。（2）级联转化：ArROM与闭环复分解(RCM)的结合使得能够合成复杂的PAH和杂环。（3）对映选择性：ArROM成功应用于对映选择性转化，在生成对映异构体时提供高立体控制。（4）动力学和动态分辨率：该方法实现了吲哚衍生物的动力学和动态分辨率，从而产生了对映体富集的产品。（5）计算见解：DFT计算强调了使用钼基催化剂进行ArROM反应的热力学和动力学可行性。这项开创性的工作拓展了过渡金属催化复分解的前沿，为药物化学、材料科学和多环芳烃化合物合成提供了新的合成途径。
来源：高分子科学前沿
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