Asian J. Org. Chem. :无机碱对脂肪族环酮α-羟基化的提高作用

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脂肪族酮的α-羟基化是有机合成中后期功能化的重要途径。氧气作氧化剂的羟基化反应因其合成时间短、环境友好而备受关注。在实验室和工业生产中,无机碱、有机碱已经实现了被苄基或羰基激活的酮的α-羟基化,而对于脂肪族环酮中惰性α-C(sp3)-H的α-羟基化却很少涉及。


近日,浙江大学李浩然课题组尝试通过有机碱TBD与碱性可控的无机碱的组合来激活惰性脂肪环酮。并利用动力学实验,揭示了弱无机碱在保护催化剂TBD(1 5 7-三叠氮双环(4.4.0)癸-5-烯)免受酮酸副产物侵害中的作用。此外,通过底物范围的研究和DFT计算,我们发现烷基取代引起的环张力的变化决定了环酮的反应性和选择性。这些发现将有助于惰性碳氢化合物氧化合成路线的设计和方法的发展。



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图1. A. 脂肪族环酮的α-羟基化反应。B. 不同催化剂体系下2-甲基-环己酮的·α-羟基化反应过程的时间曲线。C. 底物拓展:以1,3,5-三甲基苯为内标,用1H NMR[a]或气相色谱法[b]检测的转化率(黑色)和选择性(蓝色)。

TBD通过双质子转移过程启动反应,进而氧攻击已形成的烯醇中间体并生成过氧化物中间体,此时利用三苯基膦作还原剂,将过氧化物还原生成α-羟基酮,否则生成酮酸作为C-C裂解的副产物。动力学研究证明无机碱具有保护TBD免受酮酸副产物伤害的作用,从而大幅提高羟基化产率。

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图2. 羟基化产率与相对环张力(△RSE)之间的关系。环张力数据用B3LYP/6-31+G(d,p)计算。

我们在拓展底物时,为了更好的指导实验,我们利用理论计算验证了环张力对取代环己酮活性和选择性的影响,计算了反应底物在进行酮到烯醇式异构过程中的环张力的变化(RSERe)。α-羟基化反应与C-C裂解反应竞争,环张力较大的环酮会倾向于释放环张力并产生酮酸副产物,导致选择性降低。而环己酮在被烷基取代时环张力变化较低,从而羟基化产率较高。这些发现可以为惰性C-H活化中底物设计和策略开发提供参考。

文信息

Inorganic Bases Enhanced Organocatalysis for Aerobic α-Hydroxylation of Aliphatic Cycloketones

Dr. Yongtao Wang, Wenjing Sun, Rui Lu, Zeyu Wen, Dr. Jia Yao, Prof. Dr. Haoran Li


Asian Journal of Organic Chemistry 

DOI: 10.1002/ajoc.202200443




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