Angew: 两篇一模一样的方法学文章 比较一下

过去数十年里,过渡金属催化的不对称C-H活化取得了快速发展,在提高分子复杂性上被证明是强大的合成手段。随着人们对发展绿色和可持续方法什么样的催化剂才能称得上是绿色可持续的?的不断追求,地球丰产金属(earth-abundant metals (地球丰产金属)具体包括哪些?)因其廉价、毒性更低以及特殊的反应性而受到越来越多的重视。

光催化,现在已成为有机合成等许多领域的研究热点之一,近些年取得了极大的发展和应用。究其原因,是它不仅能使反应条件更加温和与环境友好,最根本的是它还可以使一些用其它手段无法实现的转化成为可能。

如今光与过渡金属,尤其是与廉价金属的协同催化策略的发展,为不对称催化提供了更多的可能性。然而,通过形成成碳-金属中间体来实现光/3d金属催化的C-H活化仍面临不小的挑战。

另外,吲哚及其衍生物在化工、药物以及农药中有着非常重要的用途,通过过渡金属催化C-H活化实现吲哚的不对称去芳构化仍未得到足够开发。

近日,浙江大学史炳峰教授课题组发展了一种光/钴协同催化的对映选择性C-H活化反应,得到了一系列吲哚的不对称去芳构化产物,ee值最高可达大于99%。工作发表在化学顶刊Angew上。

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有意思的是,就在同一本期刊,同一天上线的另一篇文章(活久见!同一天Angew上线两篇一模一样的方法学文章),来自印度理工学院坎普尔分校的 Basker Sundararaju教授课题组的报道了一个几乎一模一样的反应。同样的底物,同样的金属催化剂,同样的碱,同样的溶剂,同样都是白色可见光。

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引言

史老师文章引言部分从光/金属协同催化的C-H活化展开,再介绍构建吲哚衍生物方法的重要性。不同的是,Sundararaju的文章则从不对称去芳构化展开,再讨论发展C-H活化的方法。

两篇文章引言切入点不同,前者开门见山,能让读者快速抓住核心点,与其课题组方向也一致;而后者介绍方式似乎更普遍一些,逻辑上也更自然一些。

条件优化

在史老师的工作中,作者选择N-嘧啶基吲哚和N-(8-喹啉基)苯酰胺为模型反应底物,经过条件筛选,确定了最佳条件为:4CzIPN (2 mol%) 为光催化剂,四水Co(OAc)2 (10 mol%)和Salox-L6 (15 mol%) 配体为金属催化剂,45 ℃ 条件下白光照射24小时。此条件下,产率为79%,ee值大于99%。

Sundararaju组的工作使用了更多剂量的金属催化剂,但使用了更廉价的Na2Eosin Y为光催化剂。其中比较让人费解的是,他们并没有筛选其它光催化剂,支持信息里也没有提及。(难道课题组都穷成这样了?)

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底物范围

在底物范围上,两个课题组的工作都很漂亮。两个工作中,不同电性与位阻的基团取代的苯酰胺和吲哚都能够很好地兼容,但史老师课题组展示了更多的底物类型,比如苯并呋喃和天然产物分子。如果说局限性的话,两篇文章里都没有提及2-取代或3-取代的吲哚。

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机理研究

在史老师工作中,作者进行了自由基捕捉实验,证明了反应可能是通过自由基路径进行的。EPR结果进一步证实了超氧化物自由基负离子(O2•−)的存在以及它是关键的中间体,且依赖于光催化剂和光的照射。Stern-Volmer荧光淬灭实验揭示了处于激发态的4CzIPN很容易被二价钴与Salox配体形成的配合物淬灭而产生手性Co(III)物种。

此外,作者还对Co(III)中间体进行了分离和表征,在生成C-Co-CPy中间体的反应中,当在黑暗条件下,则观察不到产物生成。作者还将当量的另一个Co(III)物种C-Co与吲哚在热力条件下反应,同样可生成去芳构化产物,但在光条件下,即使不使用光催化剂,产物产率也能得到明显提升。这些结果表明光催化在产生Co(III)物种中的决定性作用以及后续反应中光的重要作用。

开关灯实验表明,光引发反应后,关灯时产物并不能被完全压制,作者认为可能是反应过程生成的活性氧物种和它的还原物种,在钴催化中充当了外部氧化剂的作用。

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而在Sundararaju工作中,除了一些常规实验外,还增加了氘代实验和理论计算,结果显示,还原消除这一步是决速步而不是C-H活化这步。

两个课题组虽然在机理研究的出场顺序和具体验证方法上略有差别,但结果都指向同一个催化循环。

可能机理

史老师课题组提出的机理:

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Sundararaju课题组提出的机理:

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原文链接:

1.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202407640

2.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202406195

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