研究背景
烯丙基苯骨架是抗炎、免疫抑制、降压等众多活性药物分子与天然产物的核心结构单元,苄基亲电试剂与烯基亲电试剂的交叉亲电偶联(XEC)是构建该骨架的主流策略之一。传统合成路线需预先将苄醇转化为苄基卤代物,步骤繁琐、原子经济性差。近年发展的钛介导、草酸酯活化等一锅法脱氧烯基化方法仍存在显著短板:如芳香共轭烯基卤底物反应活性未知,难以兼容;多羟基苄醇无法实现位点选择性偶联,羟基保护操作复杂等。
针对这些瓶颈,赣南师范大学林泉、陈正旺团队构建CEBO/四丁基氯化铵(TBACl)原位氯化+镍催化还原交叉偶联协同体系,实现苄醇、多羟基苄醇与烯基溴化物的一锅法选择性脱氧烯基化,填补芳香多醇位点可控烯基化、芳香烯基卤底物兼容的技术空白。相关成果发表于Org. Lett.(DOI:10.1021/acs.orglett.6c02457)。
图1. 研究背景(图片来源:Org. Lett.)
前沿科研成果
该研究报道了一种镍催化苄醇脱氧烯基化的交叉亲电偶联反应,以苄醇与烯基溴为模板底物,CEBO/TBACl作为瞬时温和氯化试剂,在镍催化、锌粉还原条件下,一锅法完成苄醇脱氧烯基化,高效制备烯丙基苯类化合物。完整开展了条件优化、底物拓展、多醇选择性反应、放大合成、衍生化与机理验证全套研究:
以苯甲醇与β-溴苯乙烯为模板底物,系统考察镍源、配体、还原剂、添加剂、温度、水耐受性等变量,确立最优体系:Ni(acac)₂、联吡啶、Zn粉还原剂、MgBr₂/吡啶添加剂、DMA溶剂,55℃反应12h,模板产物分离收率最高92%;室温条件仍可达85%收率,体系可耐受当量水,无需严格无水无氧操作。对照实验证实镍催化剂、锌还原剂为反应必需,MgBr₂、吡啶可显著提升反应效率。
图2. 反应条件探索(图片来源:Org. Lett.)
该方法适用多类苄醇,如单环、稠环、苯并呋喃/噻吩等杂环苄醇;芳环邻/间/对位给电子、吸电子取代基均耐受;也兼容各式烯基溴化物,如芳香烯基溴、共轭二烯基溴、脂肪族烯基溴均可参与反应,硼频哪醇酯(Bpin)等官能团在此温和条件下亦可耐受。此外,芳环给电子烯基底物产率优于吸电子取代底物。
ᵅStandard reaction conditions. ᵇNiCl₂(Py)₄ (10 mol%) and 1,10-phenanthroline (10 mol%) were used.
图3. 底物拓展(图片来源:Org. Lett.)
值得注意的是,体系对一级苄羟基具备专一化学选择性,可在分子内同时存在脂肪伯醇、仲醇、叔醇时,仅活化苄位羟基;对称双苄醇可通过动力学控制实现单烯基化;复杂三羟基底物仍能以中等收率得到位点单一偶联产物,无需羟基保护基。
图4. 动力学控制多元醇底物的单烯基化示例(图片来源:Org. Lett.)
反应可实现6 mmol克级放大合成,目标产物收率69%;所得烯丙基苯产物可进一步氢化、环氧化,高效衍生化得到高附加值有机中间体。
图5. 克级规模合成与产物后期衍生化(图片来源:Org. Lett.)
机理研究表明:1. 在竞争实验下,混合伯/仲/叔苄醇时,CEBO/TBACl仅在1 min内将一级苄醇定量转化为苄氯,其余羟基完全不发生反应;分子内多羟基底物同样专一活化苄位伯羟基,动力学选择性极强;2. 中间体验证实验显示出,单独苄氯与烯基溴可发生交叉偶联,体系副产物BEO可显著提升偶联效率;无原位氯化试剂时反应效率大幅下降;3. 催化循环预测:Zn还原Ni(II)生成活性Ni(0)物种,而Ni(0)优先对烯基溴C(sp²)–Br氧化加成得到Ni(II)中间体,再与经单电子转移生成的苄基自由基加成,得到Ni(III)中间体,经还原消除释放目标产物烯丙基苯,并再生Ni(I)物种,最终经Zn还原回到Ni(0)完成催化循环。
图6. 控制实验与机理研究(图片来源:Org. Lett.)
图7. 可能的催化循环(图片来源:Org. Lett.)
研究亮点
1. 发现苄醇原位瞬时氯化-镍催化偶联协同一锅法策略
采用CEBO/TBACl超快速氯化体系(四氢呋喃溶剂中可于1 min内完成苄醇→苄氯转化),无需预先制备苄基卤代物,实现苄醇直接脱氧烯基化,简化合成流程、降低操作成本。
2. 化学/位点选择性,适配复杂多羟基分子
体系动力学选择性专一识别一级苄羟基,在多羟基芳香底物中无需保护基即可实现单一位点烯基化,解决天然多元醇、多羟基药物前体后期修饰难题,是现有方法不具备的优势。
3. 底物范围全面拓宽,兼容芳基共轭烯基卤
突破前人体系仅能使用脂肪烯基底物的局限,芳香烯基溴、共轭二烯基溴均可高效参与偶联,官能团耐受性优异(杂环、Bpin、酯基、卤素等兼容),拓展烯丙基苯衍生物合成边界。
4. 条件温和、操作简便,具备规模化潜力
室温即可高效反应,可耐受当量水分;克级放大稳定可行,产物可进一步氢化、环氧化衍生,在药物中间体、天然产物修饰领域实用价值突出。
研究结论
该工作开发了CEBO/TBACl原位氯化协同镍催化还原交叉偶联的新策略,实现苄醇与烯基溴一锅法构建烯丙基苯,最高92%分离收率,是简便、经济的苄醇脱氧烯基化新方法。体系拥有出色的羟基选择性,可在多羟基芳香骨架中仅对一级苄羟基进行位点可控烯基化,规避羟基保护/脱保护步骤,为多元醇天然产物、复杂药物分子后期修饰提供全新策略。反应底物覆盖面广,同时兼容芳香、脂肪、共轭烯基溴,弥补了现有脱氧烯基化方法难以使用芳基烯基底物的短板,官能团兼容性优异。反应条件温和、耐水、可放大,产物易于后续衍生;完整机理实验证实瞬时氯化与镍催化循环的协同作用,为醇类化合物脱氧交叉偶联新反应的开发提供新的设计思路。该工作拓展了镍催化醇脱氧官能化的反应模式,丰富交叉亲电偶联(XEC)反应类型,为廉价醇类大宗化工原料高值转化提供新路径。
作者简介
王晶晶,论文第一作者。
林泉,论文通讯作者之一。赣南师范大学化学与材料学院讲师,硕士生导师。2022年博士毕业于上海大学,导师:龚和贵教授。主持国家自然科学基金青年C项目。主要从事竹源单糖与糖苷的选择性修饰及其功能化、基于过渡金属催化的还原偶联及其不对称合成。研究成果以第一/通讯作者身份发表在Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal., Chem. Sci., Org. Lett., Org. Chem. Front., Synthesis. 等国际重要期刊上。参与发表SCI论文10余篇。
陈正旺,论文通讯作者之一。赣南师范大学化学与材料学院教授,博士生导师。2011年博士毕业于华南理工大学,导师:江焕峰教授;2014-2015年在麦吉尔大学师从李朝军院士进行博士后研究。主要研究方向为金属催化、光化学、药物合成,研究成果以一作或通讯作者身份在Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., Org. Lett., Chin. Chem. Lett., ., Org. Chem. Front. 等重要刊物发表了学术论文60余篇。
论文信息
Nickel-Catalyzed Deoxyvinylation of Benzyl Alcohols via Cross-Electrophile Coupling with Vinyl Bromides
Jingjing Wang(王晶晶), Peng Fang, Chenyi Song, Ziyue Wang, Lin Zhang, Yun Bai, Yibao Li, Zhengwang Chen,*(陈正旺) Quan Lin*(林泉)
Org. Lett.,2026, ASAP, https://doi.org/10.1021/acs.orglett.6c02457
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