Angew：钴催化次烷基环丙烷与芳基酰胺的串联环化反应

过渡金属催化的C-C键断裂反应是高效构建分子骨架的方法。具有张力的烷烃已被广泛用于多种过渡金属催化的C-C键断裂反应，其中次烷基环丙烷具有较高的环张力能（≈38.8 kcal mol-1），在C-C键断裂反应中显示出独特的活性。2013年，崔孙良课题组报道了铑催化呋喃衍生物与次烷基环丙烷的分子内C-H活化/环加成反应，当用苯甲酰胺作底物时却未观察到C-C键断裂的现象（Scheme 1a）；最近，Ackermann课题组报道了锰(I)催化吸电子亚甲基环丙烷的C-H/C-C键活化。然而目前还没有过渡金属催化次烷基环丙烷 “一锅法”连续活化C-H/C-C/C-H键的方法。近日，香港中文大学邝福儿（Fuk Yee Kwong）课题组报道了首例钴催化苯甲酰胺和次烷基环丙烷一步构建两个C-C键进而形成1,2-二氢萘衍生物的方法，该反应包括一个串联的C-H活化/β-C消除/C-H活化过程。相关文章发表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.201801706）。原文来自http://www.chembeango.com/news/art?id=19641

（来源：Angew. Chem. Int. Ed）

      研究初期，作者探究了廉价钴配合物催化该串联反应的可行性。作者发现在催化剂Co(OAc)2和氧化剂AgOAc的甲苯溶液中，2-甲基-N-(8-喹啉基)苯甲酰胺（1a）和1-亚环丙基甲基-4-甲氧基苯（2a）的反应能以46％的收率得到期望的环化产物3a。经过大量的条件优化后，作者发现用Co(OAc)2（20 mol%），PPh3（20 mol%）和AgOAc（3.0 equiv）在甲苯中进行反应时，可以76％的收率获得产物3a。

      得到最优反应条件后，作者随即考察了反应的底物适用范围（Table 1）。结果表明，一系列取代苯磺酰胺都能以中等以上收率（49%-79%）得到相应的产物。值得注意的是，呋喃和噻吩酰胺同样以良好的收率得到了环化产物。

（来源：Angew. Chem. Int. Ed）

      接下来，作者对次烷基环丙烷的普适性进行了考察（Table 2）。大多数反应都能顺利进行，并以中等到良好的收率得到相应的1,2-二氢萘衍生物。

（来源：Angew. Chem. Int. Ed）

      经过大量的机理实验研究之后，作者提出了一个合理的串联反应机理 （scheme 6）。最初，苯甲酰胺（1）与Co(OAc)2氧化产生的三价钴进行配位，随后配体交换形成配合物I；I通过不可逆的C-H钴金属化产生中间体II；然后中间体II的钴(III)中心与次烷基环丙烷配位，再迁移插入得到七元环金属配合物IV；其通过β-C消除形成八元中间体V。有趣的是，V并没有通过C-N键还原消除得到内酰胺衍生物，而是经历两条可能的途径产生了钴复合物VIII。在路径a中，VIII由分子内C-H钴金属化形成；在路径b中，中间体V经分子内单电子转移过程（SET）得到自由基阳离子中间体VI，接着氧化得到钴(III)配合物VII，然后又经过一个单电子转移得到中间体VIII。鉴于在TEMPO存在下，作者未观察到VI或VII与TEMPO的偶联产物，因此路径a比路径b更有利。最后，VIII经还原消除和质子化得到目标产物，此过程中所得钴物种(I)再氧化成钴(III)以完成催化循环。

（来源：Angew. Chem. Int. Ed）

总结：

      Fuk Yee Kwong课题组首次实现了钴催化芳香酰胺和次烷基环丙烷的串联C-H活化/ C-C裂解/C-H环化过程，该反应具有官能团兼容性好、底物范围广等特点。