中科院上海有机所殷亮研究员课题组：铜催化的以空气为氧化剂的插烯氧化反应
上一篇 / 下一篇 2018-04-13 12:46:15/ 个人分类：人物与科研
导语
选择性氧化是学术界和工业界最重要的反应之一。利用空气这一最简单和丰富的氧化剂实现有机化合物的氧化官能团化十分引人关注。近日，中科院上海有机所殷亮研究员课题组和耶鲁大学Timothy R. Newhouse教授课题组合作，成功实现以空气作为氧化剂的铜催化的插烯氧化反应。（DOI: 10.1021/jacs.8b01886）。
殷亮课题组简介
殷亮研究员简介
前沿科研成果：铜催化的以空气作为氧化剂的插烯氧化反应
γ-羟基-α,β-不饱和化合物不仅广泛存在于天然产物中，还是一类重要的有机合成中间体。最为简单的制备方法是使用强碱从α,β-或者β,γ-不饱和化合物生成双烯醇金属盐与氧气反应再被三乙氧基膦还原。该方法存在着选择性差、底物范围受限和过度氧化等问题。中科院上海有机所殷亮课题组与耶鲁大学Timothy R. Newhouse教授课题组合作，发展了以空气作为氧化剂的铜催化的插烯氧化反应体系，成功解决了这一难题。
作者在条件筛选的过程中发现使用空气作为氧化剂，三苯基膦作为还原剂，未干燥的瓶装四氢呋喃作为溶剂，四甲基胍作为碱，在Cu(OTf)2的催化作用下，可以顺利的将γ,γ-二取代-β,γ-不饱和酯转化为γ-羟基-α,β-不饱和酯。
图1 γ,γ-二取代-β,γ-不饱和酯的插烯氧化反应条件筛选
（来源：J. Am. Chem. Soc. 2018, ASAP, DOI: 10.1021/jacs.8b01886）
底物范围方面，作者发现γ,γ-二取代-β,γ-不饱和或者γ,γ-二取代-α,β-不饱和酯、醛、酮、酰胺、腈和砜类化合物都适用于反应体系，顺利得到目标的插烯氧化产物。
图2 插烯氧化反应底物范围
（来源：J. Am. Chem. Soc. 2018, ASAP, DOI: 10.1021/jacs.8b01886）
作者还设计了一系列实验来探究反应机理，最终提出的可能机理如下：首先，四甲基胍TMG与Cu(II)配位生成络合物V，再在碱TMG的作用下，底物2a失去质子生成二烯醇金属盐中间体W。W与烯丙基铜中间体X之间存在平衡。氧气氧化中间体X生成关键的过氧化物中间体Y。Y可能直接被PPh3还原得到产物7a，同时再生络合物V（primary pathway）；也可能经历分子内的氧杂Michael反应生成四元环中间体Z，然后分解即可得到副产物苯乙酮，同时再生络合物V（secondary pathway）。
图3 插烯氧化反应的可能机理
（来源：J. Am. Chem. Soc. 2018, ASAP, DOI: 10.1021/jacs.8b01886）
为了证明该插烯氧化反应体系的实用性，作者还将该反应的规模放大至10克级别。不管是使用空气球的密闭体系，还是直接在敞口的烧杯中，反应都可以以同等的高效率进行。
图4 敞口体系下的10克规模的插烯氧化反应
（来源：J. Am. Chem. Soc. 2018, ASAP, DOI: 10.1021/jacs.8b01886）
最后，作者还将发展的插烯氧化反应体系应用于复杂分子的修饰和天然产物的全合成当中。
图5 插烯氧化反应体系应用于复杂分子的修饰和天然产物的全合成
（来源：J. Am. Chem. Soc. 2018, ASAP, DOI: 10.1021/jacs.8b01886）
这一成果在线发表在J. Am. Chem. Soc. 2018, ASAP（DOI: 10.1021/jacs.8b01886），论文第一作者为上海有机所博士研究生张海军。该研究工作得到了国家自然科学基金委“青年千人计划”和面上项目、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、上海市“青千科技启明星计划”、中科院上海有机所、中科院天然产物合成化学重点实验室以及耶鲁大学相关基金的大力支持。
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