吴云东课题组在烯烃C-H活化研究中取得新进展
吴云东课题组在烯烃C-H活化研究中取得新进展
过渡金属催化C-H活化是构建C-C键的有效策略之一。其中，通过不饱和烯烃Cvinyl-H活化构建共轭烯烃是一种高效的合成方法。但是，因烯烃C-H键的化学惰性，以及烯烃偶合的E/Z选择性等问题，导致烯烃Cvinyl-H活化成为化学家们的重要挑战之一。2013年，新加坡南洋理工大学的罗德平通过Pd/MPAA (Mono-protected Amino Acid, 单保护氨基酸) 催化烯烃Cvinyl-H活化反应，实现了简单烯烃交叉偶联反应。通过加入配体MPAA，作者实现了简单烯烃的高效活化，E/Z选择性达到大于99：1。但是，MPAA配体在整个反应过程中，特别是在提高反应活性和选择性上担任什么样的角色呢？
吴云东课题组对此问题进行了探究。该研究主要通过理论和实验相互印证的方法，主要采用密度泛函理论计算（DFT）和质谱两种工具，对Pd/MPAA催化烯烃-烯烃交叉偶联反应进行机理研究。计算结果表明，简单烯烃先发生C-H活化，然后再发生烯酯插入，最后发生β-H消除完成交叉偶联反应。通过质谱竞争反应实验设计，我们监测到了简单烯烃发生C-H活化对应的反应活性中间体，从实验上佐证计算结果的正确性。对于反应活性问题，我们通过对比Pd(OAc)2和Pd/MPAA两类催化剂，我们发现MPAA主要作用在于稳定具有催化活性的Pd单体，同时作为一个较强碱拔去底物C-H键上的H，降低反应决速步的能垒。底物和中心金属Pd之间的d-π相互作用则是导致E/Z选择性的重要原因，Pd/MPAA骨架对E/Z的相互作用区分度更高。通过理论和实验的结合，我们成功地揭示了该反应的详细分子机理，而且深入探究了MPAA在提高反应活性和选择性上起到的重要作用。为化学家们发展新一代的高效催化剂提供了重要的理论研究。
该工作由钟秀梅，成贵娟和陈萍同学共同完成。研究结果最近发表在Org. Let.上 (Mechanistic Study on Pd/Mono-N-protected Amino Acid Catalyzed VinylVinyl Coupling Reactions: Reactivity and E/Z Selectivity, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.orglett.6b02542 )。