深圳市计算化学与药物设计重点实验室
Lab of Computational Chemistry and Drug Design

吴云东课题组在烯烃C-H活化研究中取得新进展

时间:2016-10-22

吴云东课题组在烯烃C-H活化研究中取得新进展

文章

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 )。