含有烷基链的杂环化合物是药物和生物活性分子中的优势结构。有超过半数的畅销药物中含有杂芳烃结构。发展烷基链直接引入到杂芳烃的有效方法受到了广泛的关注。特别是通过吲哚烷基化制备C-3位为全碳季碳中心的吲哚衍生物,由于其独特的生物活性和重要的合成应用,引起了化学家们的关注。廉价易得的烯烃与吲哚的氢杂芳化反应是制备这种吲哚衍生物最直接和原子经济的策略之一。利用布朗斯特酸或路易斯酸催化吲哚与烯烃的傅克反应,在吲哚的C-3位上构筑季碳中心已经取得了一定的进展,但是此类反应往往需要一些高活性的烯烃。
虽然过渡金属催化烯烃与吲哚的氢杂芳化反应因其高效性而备受关注,但构建全碳季碳中心仍是一项挑战且发展不足的研究。保护的吲哚和化学计量的氢化物供体通常是必要的。2022年,东北师范大学张前课题组报道了一种通过添加当量硅烷试剂来实现烯烃与吲哚C-3位的不对称烷基化反应(图1A)。最近,Hess课题组报道了基于新开发钴催化剂的吲哚与末端烯烃首次光诱导烷基化(图1B)。但是,发展一种高效且原子经济性高的吲哚烷基化策略来构筑C-3位全碳季碳中心的烷基化吲哚仍然存在一些挑战。
图1. 烯烃与吲哚C-3位的烷基化反应 近日,北京理工大学杨小会课题组利用铑和硫酚协同催化的策略,在温和的反应条件下,实现了烯烃与吲哚C-3位的烷基化反应,高效构筑了全碳季碳中心。该反应底物普适性好,操作简便,催化剂用量可降至0.1 mol%(图1C)。杂环骨架如吲哚、苯并呋喃甚至苯环骨架,以及多取代的苯环、萘环或芳杂环烯烃都能以中等至优良的收率得到相应的产物(图2)。 图2. 底物拓展 基于作者先前的研究,他们提出了一个可能的反应机理(图3A),铑催化剂与硫酚发生氧化加成生成Rh−H中间体II,迁移插入至烯烃后得中间体III,与吲哚C-3位交换,硫酚再生至催化循环,随后发生还原消除,铑催化剂再生至下一循环。此外,作者也做了一些初步的机理实验。动力学同位素实验氘代实验表明C-H键的断裂可能是反应的决速步(图3B)。自由基捕获实验证明该反应不是自由基机理(图3C)。 图3. 机理研究 论文信息 Rh-Catalyzed Hydroheteroarylation of Styrenes: Access to Alkylated Heteroarenes with All-carbon Quaternary Centers Zhen Wang, Yi-Xin Wang, and Xiao-Hui Yang* 文章的第一作者和第二作者分别是北京理工大学2021级博士研究生王振和2022级硕士生王一欣,通讯作者是北京理工大学杨小会教授。 European Journal of Organic Chemistry DOI: 10.1002/ejoc.202300428