近日，我院杨源/梁云团队在C,C-环钯物种的转化反应研究方面取得重要进展，在国际化学顶级期刊《德国应用化学》发表了题为“A Cascade C(sp3)-H Annulation Involving C(alkyl),C(alkyl)-Palladacycle Intermediates”的研究论文。
C,C-环钯物种是一类含有两个C-Pd σ键的环金属络合物。近几十年来，这类物种作为关键反应中间体表现出独特的反应性，因而受到广泛关注。钯催化芳基或烯基卤的C-H官能团化是一类涉及C,C-环钯中间体的典型反应。自从Dyker和Catellani在20世纪90年代报道了几个开创性的例子以来，该领域取得了很大的进展。然而，大多数研究被限于C(芳基),C-环钯中间体的转化。相比之下，由于更有利的竞争途径，涉及C(烯基),C(烷基)-、C(烷基),C(烷基)-环钯中间体的反应仍然难以实现。事实上，该领域现有的报道主要集中在C(烯基),C(烷基)-、C(烷基),C(烷基)-环钯物种的分子内还原消除反应，而分子间的转化极为罕见。近年来，Dong和Liang在C(烯基),C(烷基)-环钯中间体的分子间转化方面取得了重要进展，他们发展了几个烯基Catellani反应。但是到目前为止，利用偶联试剂捕获C(烷基),C(烷基)-环钯中间体的分子间反应仍未报道。
我院杨源/梁云团队长期致力于C,C-环钯物种的转化反应研究（J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 15303；Chem. Sci. 2021, 12, 11756；Org. Lett. 2024, 26, 676；Org. Lett. 2022, 24, 7282；Org. Lett. 2022, 24, 1400；Org. Lett. 2021, 23, 7150；Org. Lett. 2021, 23, 5744；Org. Lett. 2021, 23, 2878；Org. Lett. 2021, 23, 2610；Org. Lett. 2019, 21, 9960；Org. Lett. 2019, 21, 7284；Org. Lett. 2019, 21, 2718；Org. Lett. 2018, 20, 5402；Org. Lett. 2018, 20, 2997；Org. Chem. Front. 2022, 9, 3414；Org. Chem. Front. 2021, 8, 6535；Org. Chem. Front. 2021, 8, 5687；Org. Chem. Front. 2020, 7, 2075；Org. Chem. Front. 2020, 7, 2016）。近日，该团队在该领域进一步取得了新进展，报道了首例基于C(烷基),C(烷基)-环钯物种的级联C(sp3)-H环化反应（图1）。该方法通过烯烃连接的烯基溴化物经历分子内Heck/C(sp3)−H活化生成C(烷基),C(烷基)-环钯中间体，该物种进一步被α-溴代丙烯酸捕获，生成三环稠合的吡啶二酮。同时，该策略还可应用于吲哚连接的环烯基溴化物，从而构建五环稠合的吡啶二酮。此外，在没有α-溴代丙烯酸参与反应的情况下，可以合成一系列含有四元环的三环骨架。
图1
该反应具有广泛的底物普适性，产物衍生化进一步证明了其实用性。为了深入了解反应机理，作者设计了几个控制实验，同时与北京化工大学雷鸣教授团队合作进行了DFT计算。机理研究表明：C(烷基),C(烷基)-环钯物种是反应的关键中间体；该反应经历了Pd(0)→Pd(II)→Pd(IV)→Pd(II)→Pd(0)的催化循环，其中C(sp³)-H活化是决速步，反应能垒为26.6 kcal/mol。
该工作近期发表在Angewandte Chemie International Edition上，文章第一作者为湖南师范大学的周荔薇博士（目前在长沙医学院工作）、陈夏红同学和北京化工大学的彭琼同学。通讯作者为湖南师范大学杨源副教授、梁云教授和北京化工大学雷鸣教授。该项目得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金优秀青年项目、长沙市杰出创新青年项目、湖南省教育厅科学研究项目及湖南省科技创新项目的资助。
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此外，Angewandte Chemie杂志在其“Introducing...”专栏以个性化作者档案及简历方式，展示了我院杨源老师的科研经历与其新颖灵感背后的故事。Angewandte Chemie是国际化学和材料领域最具影响力的顶级综合性刊物之一。其开设的“Introducing…”版块旨在向化学研究者社群，贡献作者独特的观点和展示青年研究者的风采。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202414771