Nature：埃默里大學采用新型雙銠催化劑實現碳氫鍵的官能化

實驗室中對于復雜有機分子的合成主要依賴于諸如碳氧鍵或碳鹵鍵等功能基團的引入和處理。由于碳氫鍵活性低，不具有位置選擇性難以活化。而將碳氫鍵官能化使其能按人們的意愿改變，這是有機合成的標準邏輯范式的一種轉變。為了能讓這一方法變得廣泛適用，需要尋找一種有效的策略來使得碳氫鍵具有位置選擇性。而應對位置選擇性問題，最有效的方法是依靠分子內反應或者有定向基團的底物。通過催化劑控制來決定底物分子的特定位點官能化，這是一個挑戰也是一個潛在的可行之法。我們使用雙銠催化劑，將正構烷烴和末端取代的烷烴化合物的碳氫鍵官能化，使其具有強位置選擇性，以及不對映選擇性和對映選擇性。該反應過程產出量高，并且能與諸如鹵化物、硅烷、酯類等功能基團相互兼容。研究表明，沒有定向基團或錨定基團的分子，其碳氫鍵官能化反應也能夠實現強位置選擇性。

文獻圖解：

圖1? 通過供體/受體碳烯(卡賓)官能化的具有位置選擇性的碳氫鍵

a, 通過供體/受體碳烯實現銠催化的官能化碳氫鍵的位置選擇性趨勢，可由空間位阻和電子效應之間相互作用的平衡來控制.
b, 先前的研究表明活化后的碳氫鍵位置選擇性與催化劑的性質有關. Rh2(S-DOSP)2容易使二級、三級碳氫鍵官能化，而Rh2(R-p-PhTPCP)4則易使初級碳氫鍵官能化.
C, 研究結果表明，新的催化劑Rh2[R-3,5-di(p-tBuC6H4)TPCP]4能夠使未激活的碳氫鍵官能化，使其具有位置選擇性和立體選擇性.
[小編注：文中未明確給出TPCP具體含義，根據文章內容本文中的TPCP代表的是：三芳基環丙烷羧酸(或羧酸鹽)]

圖2 ?TPCP羧酸鹽雙銠金屬催化劑的合成

a, TPCP羧酸鹽雙銠金屬催化劑原始的合成方法.
b, TPCP羧酸鹽雙銠金屬催化劑合成的新途徑：使預先準備的雙銠絡合物發生鈀催化偶聯反應. 詳細的合成細節見補充材料(Supplementary Information).

圖3 ? 催化劑的優化研究

戊烷碳氫鍵官能化所用的TPCP雙銠催化劑的性能測定和評估. 在C2位的位置選擇性、不對映立體選擇性、對映選擇性和產出量的綜合性能中最優催化劑為催化劑15，即Rh2[R-3,5-di(p-tBuC6H4)TPCP]4. 以冷卻回流純化的戊烷中添加1mol%的催化劑為標準反應.
詳細實驗細節見補充材料. 其中n.d.表示未測定含量。

圖4 ? 烷烴和取代正構烷烴碳氫鍵的官能化

a-c, 戊烷和取代正構烷烴使用Rh2[R-3,5-di(p-tBuC6H4)TPCP]4催化所得官能化的碳氫鍵的范圍的測定和評估.
a, 化合物20-22為酯基的影響
b, 化合物23-25為修飾了的供體基團的影響
c, 化合物26-34為烷基取代基的影響
與戊烷的反應以戊烷為溶劑，與取代的烷烴反應是以取代烷烴3當量的二氯甲烷為溶劑.
完整的實驗細節見補充信息。

圖5 ? 二銠催化劑的結構信息

a, α,β, α,β型Rh2(S-3,5-diPhTPCP)4催化劑的的計算結構
b, α,α,α,α型Rh2(S-3,5-diPhTPCP)4催化劑的的計算結構（穩定性比α,β, α,β型少5.0kcal/mol）
c, ?Rh2[S-3,5-di(p-tBuC6H4)TPCP]4催化劑的X射線晶體結構,其中位上頂面的兩個3,5-di(p-tBuC6H4)C6H3-基團用黃色標出。

文獻小結

作者利用新型的雙銠催化劑實現了對未活化碳氫鍵的官能化，不僅使碳氫鍵具有強位置選擇性，而且具有對映選擇性和不對映選擇性，并且不需要定向基團或錨定基團的存在。研究表明，通過設計催化劑能夠形成特定的有手性口袋來控制碳烯誘導的官能化碳氫鍵的位置選擇性、對映選擇性和不對映選擇性，這對具有選擇性的官能化的碳氫鍵的研究有著深遠的影響，為碳氫鍵的活化提供了新思路。

文獻原文鏈接：Site-selective and stereoselective functionalization of unactivated C-H bonds

文獻補充材料鏈接：Supplementary Information

[小標注：文獻的補充材料內容十分詳盡(將近250頁)，強烈推薦給對碳氫鍵官能化感興趣的讀者!]

本文由材料人編輯部尉谷雨提供素材，李卓編譯整理。