钯催化惰性亚甲基C(sp3)-H键分子间官能团化反应

doi:10.6023/cjoc202406012

摘要/Abstract

尽管过渡金属催化的亚甲基C(sp³)-H官能团化是一项巨大的挑战,但近年来已取得一系列显著进展。本文综述了钯催化的惰性亚甲基C(sp³)-H键的分子间官能化反应,讨论了包括芳基化、烷基化、烯基化/炔基化、乙酰氧基化、胺化、卤化、硼化和硅化在内的多种反应。由于亚甲基C(sp³)-H键的惰性特性,其官能化反应通常依赖于导向基策略,这不仅能控制区域选择性,还能解决低反应性问题。各种导向基,包括强配位的双齿辅助基和弱配位的天然官能团,已被证明在实现亚甲基C(sp³)-H官能化方面是有效的。

关键词: 钯催化, 碳氢键活化, 亚甲基C(sp³)-H 键活化, 交叉偶联

Although transition metal-catalyzed methylene C(sp³)-H functionalization is a great challenge, it has made noticeable progress in recent years. This review specifically describes Pd-catalyzed intermolecular functionalization of unactivated methylene C(sp³)-H bonds. A variety of reactions, including arylation, alkylation, alkenylation/alkynylation, acetoxylation, amination, halogenation, borylation, and silylation reactions, have been discussed in this review article. Due to the inert properties, methylene C(sp³)-H functionalization reaction usually rely on the use of directing group strategies, which can not only control regioselectivity but also address low reactivity issue. Various directing groups, including strongly coordinating bidentate auxiliaries and weakly coordinating innate functional groups, have proven to be eﬀective for enabling methylene C(sp³) -H functionalization.

Key words: palladium catalysis, C-H activation, methylene C(sp³)-H activation, cross-coupling

引用此文

梅明顺, 张扬会. 钯催化惰性亚甲基C(sp³)-H键分子间官能团化反应[J]. 有机化学, doi: 10.6023/cjoc202406012.

Mei Mingshun, Zhang Yanghui. Palladium-Catalyzed Intermolecular Functionalization of Unactivated Methylene C(sp³)-H Bonds[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, doi: 10.6023/cjoc202406012.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

参考文献

[1] (a) Li B.-J.; Shi, Z.-J. Chem. Soc. Rev.2012, 41, 5588.
(b) Chu J. C. K.; Rovis, T. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 62.
(c) Chen Z.; Rong M.-Y.; Nie J.; Zhu X.-F.; Shi B.-F.; Ma, J.-A. Chem. Soc. Rev.2019, 48, 4921.
(d) Zhang Y.-H.; Shi G. - F.; Yu, J. -Q. In Comprehensive Organic Synthesis, 2nd ed.; Molander, G., Knochel, P., Eds.; Elsevier: Oxford U.K.,2014; Vol. 3, pp 1101.
[2] He J.; Wasa M.; Chan K. S. L.; Shao Q.; Yu J.-Q. Chem. Rev.2017, 117, 8754.
[3] (a) Herrmann, P.; Bach, T.Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 2022.
(b) Dong, Z.; Ren, Z.; Thompson, S. J.; Xu, Y.; Dong, G.Chem. Rev. 2017, 117, 9333.
(c) Antermite, D.; Bull, J. A.Synthesis 2019, 51, 3171.
(d) Mishra, A. A.; Subhedar, D.; Bhanage, B. M. Chem. Rec. 2019, 19, 1829.
(e) Lucas, E. L.; Lam, N. Y. S.; Zhuang, Z.; Chan, H. S. S.; Strassfeld, D. A.; Yu, J.-Q.Acc. Chem. Res. 2022, 55, 537.
(f) Chen, X.; Li, B.; Tong, H.; Qi, L.; He, G.; Chen, G.Chin. J. Chem. 2022, 40, 2502.
(g) Wang P.-S.; Gong, L.-Z. Chin. J. Chem.2023, 41, 1841.
(h) Han Y. Q.; Shi, B.-F. Acta. Chimica. Sinica.2023, 81, 1522.
(i) Yoo, W.-J.; Li, C.-J. In C-H Activation, Yu, J.-Q.; Shi, Z., Eds. Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 2010; pp 281.
[4] (a) Wasa, M.; Engle, K. M.; Lin, D. W.; Yoo, E. J.; Yu, J.-Q.J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19598.
(b) Xiao, K.-J.; Lin, D. W.; Miura, M.; Zhu, R.-Y.; Gong, W.; Wasa, M.;Yu, J.-Q.J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8138.
(c) Chan, K. S. L.; Fu, H.-Y.; Yu, J.-Q.J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2042.
(d) Wu Q.-F.; Wang X.-B.; Shen P.-X.; Yu J.-Q. ACS Catal.2018, 8, 2577.
(e) Shen P.-X.; Hu L.; Shao Q.; Hong K.; Yu, J.-Q. J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 6545.
(f) Hu, L.; Shen, P.-X.; Shao, Q.; Hong, K.; Qiao, J. X.; Yu, J.-Q.Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 2134.
(g) Xiao, L.-J.; Hong, K.; Luo, F.; Hu, L.; Ewing, W. R.; Yeung, K.-S.; Yu, J.-Q.Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 9594.
(h) Zhuang, Z.; Yu, J.-Q.J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 12015.
[5] Campos, K. R.Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 1069.
[6] (a) Zhang, F.-L.; Hong, K.; Li, T.-J.; Park, H.; Yu, J.-Q.Science 2016, 351, 252.
(b) Park, H.; Verma, P.; Hong, K.; Yu, J.-Q.Nat. Chem. 2018, 10, 755.
(c) Mei M.-S.; Zhang Y. Org. Lett.2023, 25, 4985.
[7] (a) Lyons T. W.; Sanford, M. S. Chem. Rev.2010, 110, 1147.
(b) Song G. Y.; Li, X. W. Acc. Chem. Res.2015, 48, 1007.
(c) He, G.; Wang, B.; Nack, W. A.; Chen, G.Acc. Chem. Res. 2016, 49, 635.
(d) Zhang, Q.; Shi, B.-F.Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2750.
(e) Babu, S. A.; Aggarwal, Y.; Patel, P.; Tomar, R.Chem. Commun. 2022, 58, 2612.
(f) He Y.; Huang Z.; Wu K.; Ma J.; Zhou Y.-G.; Yu, Z. Chem. Soc. Rev.2022, 51, 2759.
(g) Das, J.; Ali, W.; Maiti, D.Trends in Chem. 2023, 5, 551.
(h) Yang X.; Liu X.; Wang, L. Chin. J. Org. Chem.2023, 43, 914.
[8] (a) Jin L.; Wang J.; Dong, G. Angew. Chem., Int. Ed.2018, 57, 12352
(b) Liu B.; Romine A. M.; Rubel C. Z.; Engle K. M.; Shi B.-F. Chem. Rev.2021, 121, 14957.
[9] Zaitsev V. G.; Shabashov D.; Daugulis, O. J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 13154.
[10] Shabashov D.; Daugulis, O. J. Am. Chem. Soc.2010, 132, 3965.
[11] Reddy B. V. S.; Reddy L. R.; Corey, E. J. Org. Lett.2006, 8, 3391.
[12] Yan S.-B.; Zhang S.; Duan W.-L. Org. Lett.2015, 17, 2458.
[13] Tong H.-R.; Zheng S.; Li X.; Deng Z.; Wang H.; He G.; Peng Q.; Chen G. ACS Catal.2018, 8, 11502.
[14] Huang Y.; Lv X.; Tong H.-R.; He W.; Bai Z.; Wang H.; He G.; Chen G. Org. Lett.2024, 26, 94.
[15] Pan F.; Shen P.-X.; Zhang L.-S.; Wang X.; Shi Z.-J. Org. Lett.2013, 15, 4758.
[16] Gou Q.; Zhang Z.-F.; Liu Z.-C.; Qin, J. J. Org. Chem.2015, 80, 3176.
[17] (a) Ling P.-X.; Fang S.-L.; Yin X.-S.; Chen K.; Sun B.-Z.; Shi, B.-F. Chem. - Eur. J.2015, 21, 17503.
(b) Chen K.; Li Z.-W.; Shen P.-X.; Zhao H.-W.; Shi, Z.-J. Chem. - Eur. J.2015, 21, 7389.
[18] Li B.-J.; Shi, Z.-J. Adv. Synth. Catal.2016, 358, 887.
[19] Lou J.; Wang Q.; He Y.; Yu, Z. Adv. Synth. Catal.2018, 360, 4571.
[20] Yan S.-Y.; Han Y.-Q.; Yao Q.-J.; Nie X.-L.; Liu L.; Shi, B.-F. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 9093.
[21] Han Y.-Q.; Yang X.; Kong K.-X.; Deng Y.-T.; Wu L.-S.; Ding Y.; Shi, B.-F. Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 20455.
[22] Zhu R.-Y.; Liu L.-Y.; Park H. S.; Hong K.; Wu Y.; Senanayake C. H.; Yu, J.-Q. J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 16080.
[23] Xia G.; Weng J.; Liu L.; Verma P.; Li Z.; Yu J.-Q. Nat. Chem.2019, 11, 571.
[24] Antermite D.; White A. J. P.; Casarrubios L.; Bull, J. A. ACS Catal.2018, 8, 7781.
[25] He G.; Chen, G. Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 5192.
[26] Zhang Y.-F.; Zhao H.-W.; Wang H.; Wei J.-B.; Shi, Z.-J. Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 13686.
[27] (a) Gandeepan, P.; Ackermann, L.Chem 2018, 4, 199.
(b) Higham J. I.; Bull, J. A. Org. Biomol. Chem.2020, 18, 7291.
(c) Goswami N.; Bhattacharya T.; Maiti, D. Nat. Rev. Chem.2021, 5, 646.
[28] Yang K.; Li Q.; Liu Y.; Li G.; Ge, H. J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 12775.
[29] Li Y.-H.; Ouyang Y.; Chekshin N.; Yu, J.-Q. J. Am. Chem. Soc.2022, 144, 4727.
[30] St John-Campbell S.; White A. J. P.; Bull, J. A. Org. Lett.2020, 22, 1807.
[31] Hong K.; Park H.; Yu J.-Q. ACS Catal.2017, 7, 6938.
[32] Pan L.; Yang K.; Li G.; Ge H. Chem. Commun.2018, 54, 2759.
[33] Wang J.; Dong C.; Wu L.; Xu M.; Lin J.; Wei, K. Adv. Synth. Catal.2018, 360 3709.
[34] (a) Dong, C.; Wu, L.; Yao, J.; Wei, K.Org. Lett. 2019, 21, 2085.
(b) Cheng Y.; Zheng J.; Tian C.; He Y.; Zhang C.; Tan Q.; An G.; Li, G. Asian J. Org. Chem.2019, 8, 526.
[35] Xu Y.; Young M. C.; Wang C.; Magness D. M.; Dong, G. Angew. Chem. Int. Ed.2016, 55, 9084.
[36] Wu Y.; Chen Y.-Q.; Liu T.; Eastgate M. D.; Yu, J.-Q. J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 14554.
[37] Yada A.; Liao W.; Sato Y.; Murakami, M. Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 1073.
[38] Shabashov D.; Daugulis O. Org. Lett.2005, 7, 3657.
[39] Le K. K. A.; Nguyen H.; Daugulis, O. J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 37, 14728.
[40] Wu, K.; Lam, N.; Strassfeld, D. A.; Fan, Z.; Qiao, J. X.; Liu, T.; Stamos, D.; Yu, J.-Q.Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202400509.
[41] Wasa M.; Chan K. S. L.; Zhang X.-G.; He J.; Miura M.; Yu, J.-Q. J. Am. Chem. Soc.2012, 134, 18570.
[42] (a) Chen G.; Gong W.; Zhuang Z.; Andä M. S.; Chen Y.-Q.; Hong X.; Yang Y.-F.; Liu T.; Houk K. N.; Yu J.-Q. Science2016, 353, 1023.
(b) Hill D. E.; Pei Q.-l.; Zhang E.-x.; Gage J. R.; Yu J.-Q.; Blackmond, D. G. ACS Catal.2018, 8, 1528.
[43] Shang M.; Feu K. S.; Vantourout J. C.; Barton L. M.; Osswald H. L.; Kato N.; Gagaring K.; McNamara C. W.; Chen G.; Hu L.; Ni S.; Fernndez-Canelas P.; Chen M.; Merchant R. R.; Qin T.; Schreiber S. L.; Melillo B.; Yu J.-Q.; Baran, P. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.2019, 116, 8721.
[44] Andrä M. S.; Schifferer L.; Pollok C. H.; Merten C.; Gooßen L. J.; Yu, J.-Q. Chem. Eur. J.2019, 25, 8503.
[45] Topczewski J. J.; Cabrera P. J.; Saper N. I.; Sanford M. S. Nature2016,531, 220.
[46] Cabrera P. J.; Lee M.; Sanford, M. S. J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 5599.
[47] Kapoor M.; Liu D.; Young, M. C. J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 6818.
[48] (a) Font M.; Quibell J. M.; Perry G. J. P.; Larrosa I. Chem. Commun.2017, 53, 5584.
(b) He C.; Whitehurst W. G.; Gaunt M. J. Chem2019, 5, 1031.
(c) He, C.; Zu, B.; Guo, Y.; Ke, J. Synthesis 2021, 53, 2029.
(d) Das J.; Mal D. K.; Maji S.; Maiti D. ACS Catal.2021, 11, 4205.
[49] Hu, L.; Meng, G.; Yu, J.-Q.J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 20550.
[50] Yang J.-M.; Lin Y.-K.; Sheng T.; Hu L.; Cai X.-P.; Yu J.-Q. Science2023, 380, 639.
[51] Kang, G.; Strassfeld, D. A.; Sheng, T.; Chen, C.-Y.; Yu, J.-Q.Nature 2023, 618, 519.
[52] Zhang, T.; Zhang, Z.-Y.; Kang, G.; Sheng, T.; Yan, J.-L.; Yang, Y.-B.; Ouyang, Y.; Yu, J.-Q.Science 2024, 384, 793.
[53] Hoque M. E.; Yu, J.-Q. Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202312331.
[54] Strassfeld D. A.; Chen C.-Y.; Park H. S.; Phan D. Q.; Yu J.-Q. Nature2023, 622, 80.
[55] Chen K.; Hu F.; Zhang S.-Q.; Shi B.-F. Chem. Sci.2013, 4, 3906.
[56] Zhang, S.-Y.; He, G.; Nack, W. A.; Zhao, Y.; Li, Q.; Chen, G.J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2124.
[57] Liu Y.; Yang K.; Ge H. Chem. Sci.2016, 7, 2804.
[58] He G.; Chen, G. Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 5192.
[59] Zhang Y.-F.; Zhao H.-W.; Wang H.; Wei J.-B.; Shi, Z.-J. Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 13686.
[60] Ding Y.; Han Y.-Q.; Wu L.-S.; Zhou T.; Yao Q.-J.; Feng Y.-L.; Li Y.; Kong K.-X.; Shi, B.-F. Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 14060.
[61] Liu, Y.; Wang, Y.; Dai, W.; Huang, W.; Li, Y.; Liu, H.Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3491.
[62] Wu J.; Kaplaneris N.; Ni S.; Kaltenhäuser F.; Ackermann L. Chem. Sci.2020, 11, 6521.
[63] Gadde K.; Bheemireddy N. R.; Heitkämper J.; Nova A.; Maes, B. U. W. ACS Catal.2024, 14, 1157.
[64] Ano Y.; Tobisu M.; Chatani, N. J. Am. Chem. Soc.2011,133, 12984.
[65] Landge V. G.; Parveen A.; Nandakumar A.; Balaraman E. Chem. Commun.2018, 54, 7483.
[66] Han, Y.-Q.; Ding, Y.; Zhou, T.; Yan, S.-Y.; Song, H.; Shi, B.-F.J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 4558.
[67] Cabrera-Pardo J. R.; Trowbridge A.; Nappi M.; Ozaki K.; Gaunt, M. J. Angew. Chem., Int. Ed.2017, 56, 11958.
[68] Hogg K. F.; Trowbridge A.; Alvarez-Pérez A.; Gaunt, M. J. Chem. Sci.2017, 8, 8198.
[69] Desai L. V.; Hull K. L.; Sanford, M. S. J. Am. Chem. Soc.2004, 126, 9542.
[70] Reddy B. V. S.; Reddy L. R.; Corey, E. J. Org. Lett.2006, 8, 3391.
[71] Ren Z.; Mo F.; Dong, G. J. Am. Chem. Soc.2012, 134, 16991.
[72] Chen K.; Zhang S.-Q.; Jiang H.-Z.; Xu J.-W.; Shi, B.-F. Chem. Eur. J.2015, 21, 3264.
[73] Shan G.; Yang X.; Zong Y.; Rao, Y. Angew. Chem. Int. Ed.2013, 52, 13606.
[74] Chen, F.-J.; Zhao, S.; Hu, F.; Chen, K.; Zhang, Q.; Zhang, S.-Q.; Shi, B.-F.Chem. Sci. 2013, 4, 4187.
[75] Bai, H.-Y.; Ma, Z.-G.; Yi, M.; Lin, J.-B.; Zhang, S.-Y.ACS Catal. 2017, 7, 2042.
[76] Zhu R.-Y.; Tanaka K.; Li G.-C.; He J.; Fu H.-Y.; Li S.-H.; Yu, J.-Q. J. Am. Chem. Soc.2015, 137, 7067.
[77] Zhang Q.; Yin X.-S.; Chen K.; Zhang S.-Q.; Shi, B.-F. J. Am. Chem. Soc.2015, 137, 8219.
[78] Mao Y.-J.; Lou S.-J.; Hao H.-Y.; Xu, D.-Q. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 14085.
[79] Chen Y.-Q.; Singh S.; Wu Y.; Wang Z.; Hao W.; Verma P.; Qiao J. X.; Sunoj R. B.; Yu, J.-Q. J. Am. Chem. Soc.2020, 142, 9966.
[80] He J.; Shao Q.; Wu Q.; Yu, J.-Q. J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 3344.
[81] Kanyiva, K. S.; Kuninobu, Y.; Kanai, M.Org. Lett. 2014, 16, 1968.
[82] Pan J.-L.; Li Q.-Z.; Zhang T.-Y.; Hou S.-H.; Kang J.-C.; Zhang S.-Y. Chem. Commun.2016, 52, 13151.
[83] Vyhivskyi, O.; Kudashev, A.; Miyakoshi, T.; Baudoin, O.Chem. Eur. J. 2021, 27, 1231
[84] Zhang Z.; Wei F.; Wang X.; Zhang Y. Org. Lett.2024, 26, 3586.
[85] Uttry A.; Mal S.; van Gemmeren, M. J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 10895.
[86] Watanabe A.; Hama K.; Watanabe K.; Fujiwara Y.; Yokoyama K.; Murata S.; Takita, R. Angew. Chem. Int. Ed.2022, 61, e202202779.
[87] Wang X.; Sun Z.; Li T.; Perveen S.; Li P. Green Chem.2024, 26, 3767.

钯催化惰性亚甲基C(sp³)-H键分子间官能团化反应

Palladium-Catalyzed Intermolecular Functionalization of Unactivated Methylene C(sp³)-H Bonds

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用此文

分享此文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

相关统计

本文评价

[1]	刘雯娟, 陈品红. 钯催化1,6-烯炔的环化反应研究[J]. 有机化学, 2024, 44(7): 2077-2091.
[2]	温梦柯, 李宜越, 杜浩康, 陈章培, 杨西发. 铑催化3-芳基-2H-1,4-苯并噁嗪与重氮萘-2H-酮的[3+3]环化合成螺吡喃化合物[J]. 有机化学, 2024, 44(7): 2223-2232.
[3]	张倩, 应垚璐, 张泓银, 徐林博, 林新奎, 黄晓雷. 钯催化SO₂插入的炔丙基乙酸酯和碘代芳烃的还原偶联反应[J]. 有机化学, 2024, 44(6): 2033-2040.
[4]	于蕾, 盛康, 李亭, 唐从辉. 多相铁催化环状醚C(sp³)—H键活化的芳基烯烃氧烷基化[J]. 有机化学, 2024, 44(6): 1978-1986.
[5]	晏宇轩, 陆晚晴, 钱慧俊, 吕雷阳, 李志平. 钯催化偕二氟环丙烷开环与1,3-二羰基化合物的单/双氟烯丙基化反应[J]. 有机化学, 2024, 44(5): 1630-1640.
[6]	罗东红, 李平, 陈志才, 杨佳怡, 孙梦凡, 陆居有. 钯催化邻-碳硼烷基吡啶卤化物交叉偶联合成邻-碳硼烷基联芳、氨基吡啶和炔基吡啶衍生物[J]. 有机化学, 2024, 44(5): 1568-1575.
[7]	刘君君, 卢涛涛, 马平, 赵庆阳, 邝福儿. 钯催化的碳(sp³)-硅键转化实现碳(sp³)-碳(sp²)偶联制备三氟丙基(杂)芳烃[J]. 有机化学, 2024, 44(4): 1319-1326.
[8]	孟宪强, 杨艺, 梁万洁, 王靖涛, 张荣葵, 刘会. 钯催化联烯胺区域选择性芳基酚氧化反应[J]. 有机化学, 2024, 44(1): 224-231.
[9]	童红恩, 郭宏宇, 周荣. 可见光促进惰性碳-氢键对羰基的加成反应进展[J]. 有机化学, 2024, 44(1): 54-69.
[10]	蒋宜欣, 唐伯孝, 毛海波, 陈雪霞, 俞洋杰, 全翠英, 徐昭阳, 石金慧, 刘益林. 水-聚乙二醇(PEG-200)中烯烃与碘代芳烃绿色可循环无负载偶联反应的研究[J]. 有机化学, 2023, 43(9): 3210-3215.
[11]	王兢睿, 冯永奎, 王能中, 黄年玉, 姚辉. 钯催化立体选择性合成硝基烷类β-碳糖苷[J]. 有机化学, 2023, 43(9): 3216-3225.
[12]	王玉超, 刘晋彪, 何智涛. 钯催化共轭二烯的不对称氢官能团化[J]. 有机化学, 2023, 43(8): 2614-2627.
[13]	童宇星, 王子维, 刘奔, 徐耀威, 高颂, 唐向兵, 张兴华. 吲哚-3-硫醚类化合物的合成研究进展[J]. 有机化学, 2023, 43(4): 1310-1324.
[14]	向勋, 何照林, 董秀琴. 钯和手性磷酸协同催化高效构建手性分子的研究进展[J]. 有机化学, 2023, 43(3): 791-808.
[15]	马彪, 章淼淼, 李占宇, 彭进松, 陈春霞. 无过渡金属催化的Suzuki-Type交叉偶联反应研究进展[J]. 有机化学, 2023, 43(2): 455-470.