单核八面体钌(II)配合物借助可移除助剂实现了芳烃的间位C-H硝化反应外文翻译资料

 2023-01-05 17:56:20

单核八面体钌(II)配合物借助可移除助剂实现了芳烃的间位C-H硝化反应

Zhoulong Fan,dagger;,Dagger; Jie Li,sect; Heng Lu,sect; Dong-Yu Wang,dagger; Chao Wang,∥,perp; Masanobu Uchiyama,∥,perp;and Ao Zhang*,dagger;,Dagger;,sect;

dagger;CAS Key Laboratory of Receptor Research and the State Key Laboratory of Drug Research, Shanghai Institute of Materia Medica

(SIMM), Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, China

Dagger;University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

sect;ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China

∥Graduate School of Pharmaceutical Sciences, University of Tokyo, Tokyo-to 113-0033, Japan

perp;Advanced Elements Chemistry Research Team, RIKEN Center for Sustainable Resource Science and Elements Chemistry

摘要：近期报道了一种可除去的肟辅助的芳族间位C-H硝化反应。经过机理研究与密度泛函理论计算(DFT)发现是一种新的单核八面体钌(II)配合物促成了这种间位选择性硝化反应。氧气作为共氧化剂是实现较高转化率和产率的关键。此外，本反应的实用性也通过临床中枢神经系统药物地西泮和氟伏沙明的后期改造得到了进一步展示。

关键词：钌催化； 间位硝化； 优化；肟介导

近些年来，过渡金属催化激活远程惰性Cminus;H的反应引起了越来越多的关注。在许多其他领域中，芳烃间位C-H的激活，仍然具有很大的吸引力，但同时这也是一个极具挑战性的研究课题。最近，一个邻位定向组(DG)辅助钌反应策略已成功用于间位Cminus;H键的官能化。该策略通过改变催化剂促进了邻位到对位选择性的简便转换。在 2011, Frost描述了第一例钌(II)催化的2-苯基吡啶类间位C-H磺化反应。随后，也报道了间位C-H的烷基化，溴化和单氟甲基或二氟甲基化。但是，迄今为止，可行的邻位定向组仅限于非周期性。

我们最近报道了第一例通过二聚八面体钌(II)中间体(A)实现的钌(0)催化的芳烃间位C-H硝化反应(图1a)。虽然这种方法适用于具有多样化杂环的芳烃底物，但它的主要局限性也是很明显的。其中包括反应中需要使用强配位杂芳族邻位定向组，却很难将其除去或发生进一步转化，以及在酸性条件下肟的不耐受性。这些缺点可能源自于二聚八面体配合物的稳定性，这就促使我们推测单核八面体钌(II)配合物可能具有足够的柔性来克服上述的这些缺陷。在这里，我们报告了我们在非酸性催化体系下使用低负荷量的AgNO3作为硝基源和O2作为共氧化剂的可除去肟介导的芳族间位C-H硝化反应(图1b)。机理研究表明，该反应中涉及了一种新的邻位钌单核八面体配合物。我们之后把这种方法因地制宜地应用在临床处方中的中枢神经系统药物的后期修饰中，并取得了较好的成效。

图1.芳烃的钌催化的间位碳氢硝化

我们首先研究了底物1a与AgNO3的模型反应。在广泛筛选一系列催化剂，配体，氧化剂，溶剂和含亚胺的邻位定向组后，我们设置了最佳反应条件，并使用Ru3(CO)12作为催化剂， PhI(TFA)2和O2作为氧化剂，1,2-二氯乙烷(DCE)作为溶剂，最后得到了分离产率为69％的产物2a(表1，条目1)。

随后，为了理解每个反应元素的作用，我们对标准反应条件进行了微调。实验表明当 Ru(0)被[RuCl2(对-甲基异丙基苯)]2(条目2)取代时，并没有形成产物。这说明Ru(0)预催化，有利于随后形成八面体中间体。为了研究配体效应，我们在催化体系中使用了立体空间较大的酸。但是，实际的转化率和收率都比较低(条目3-4)。当K2S2O8存在时，收率趋于低迷，并且当CuO或PhI(OAc)2作为氧化剂使用时，并不能形成产物2a(条目5-7)。我们推测三氟乙酸盐可能有助于最初的C-H键裂解，从而形成环金属化配合物。除此之外，我们还检查了替代溶剂，实验结果表明氯苯作为溶剂的收率为42％(第8项)。值得注意的是，在N2 的气氛下，容易导致转化不完全且收率降低的情况(条目10)。此外，因为反应时间的缩短，Ru(0)催化剂和硝基源的当量也较低，导致了实验结果并不令人满意(条目11-13)。使用Cu(NO3)2·3H2O作为硝基源不能提供2a(条目14)。最后，在不存在PhI(TFA)2或Ru3(CO)12的条件下,进行对照实验，结果表明这些参数是实验能否成功的关键因素(条目15-16)。

表1.反应条件的优化a

通过优化条件，我们探索了肟的间位C-H硝化的多功能性(方案1)。从实验结果来看，对位和间位供电子取代基都很容易得到，并且相应的产物2b-e，2i和2l的收率都比较可观。具有不同卤素取代基的底物通常需要延长反应时间，才能得到比较理想的收率。除了邻甲氧基取代的底物外，几个邻位取代的底物由于空间位阻，导致在间位C-H(2m，2o-p)处发生的间位硝基化反应只能给出低区域选择性(2n)。双环和萘基底物也被证明是合适的，反应产生相应的产物2q-s，其产率中等乃至良好。对于环状肟底物，反应得到的间位产物是2t和2u，他们的区域选择性是相反的，这可能是由于电子效应的不同。另外，带有苯基，正丁基和酯取代基的肟都能顺利地进行硝化，获得相应的产物2v-x。由醛衍生而来的具有活性的肟也适用于这种转化。我们还研究了几种杂芳族肟，包括1-(吡啶-4-基)-乙酮基邻-甲基肟和1-(吡啶-3-基)-乙酮基邻-甲基肟,但没有获得间位产物。我们认为，间位产物的生成有可能是被吡啶N-原子和金属的有害配位抑制住了。

方案1.肟介导的间位C-H硝化的底物范围a

接下来，我们试图证明目前间位C-H硝化方案的实用性。如方案2所示，通过用浓盐酸处理2a，可以很方便地除去肟基团，以近乎相同定量的产率得到酮3。或者，也可以通过用ZrCl4 /NaBH4处理，来还原2a以提供胺4(方案2a)。此外，地西泮(5)和氟伏沙明(7)是临床处方中枢神经系统疾病药物，在KNO3 / H2SO4条件或者我们以前的间位C-H硝化方案下，较难实现间位选择性硝化。我们发现，根据我们目前的方案，将这些药物以最新的间位C-H硝化反应进行，获得相应的衍生物6和8，收率分别高达62％和27％。(方案2b)

方案2.间位C-H硝化的合成应用

为了深入了解催化循环的细节，我们首先通过添加自由基清除剂TEMPO进行了间硝基化。结果表明，反应被抑制，证明它可能参与了一个自由基途径(计划3a)。

随后，反应在D2O存在的条件下进行，观察到显著的邻位H或D原子的交换，表明初始邻位C-H活化或钌催化是可逆的(方案3b)。最后，我们仔细测量了竞争和平行动力学同位素效应，测出的PH / PD和kH / kD的值分别为1.5和1.9。结果证实，在速率确定步骤期间可能发生间位C-H断裂(方案3c)。为了更深入地了解目前的转化过程，我们将新的八面体中间体II进行了分离，并通过X射线衍射确认其结构(方案4a)。我们发现复合物II可以催化间硝基化反应(方案4b)。通过在PhI(TFA)2存在的条件下用AgNO3处理II，也可以以21％的收率获得间位产物2a(方案4c)。此外，DFT计算表明II的HOMO键主要位于间位，这促使我们推测随后的亲电硝化可能会在间位优选(图2)。这些结果表明，类似的八面体环钌络合物如II可能作为活性中间体参与催化循环。

计划3.机制研究

方案4.研究钌(II)中间体

图2.中间体II的HOMO键

在上述研究的基础上，方案5描述了间位C-H硝化方法的合理机理。最初，通过PhI(TFA)2和O2，将Ru(0)预催化剂氧化成活性Ru(II)催化剂,，随后1a的邻C-H键断裂以产生Ru(II)配合物I。

方案5.反应机制

分离的复合物II可能在我们的后处理过程中通过I的水-配体交换而产生。同时，在PhI(TFA)2存在下，AgNO3被氧化为二价银盐，释放二氧化氮自由基(bull;NO2)去攻击C-Ru键的对位，从而提供Ru(II)，复合物III。随后，III通过还原去质子化提供中间体IV。随后，III的还原去质子化递送中间体IV。最后，IV与CF3COOH的配体交换释放间位硝化产物2a并且为下一个催化循环再生成活性Ru(II)催化剂。

总之，我们已经开发了一种多功能的，可除去的肟介导的芳族C-H键硝化反应。作为共氧化剂的O2对于实现高转化率和产量是至关重要的。机理研究和DFT计算表明，八面体环钌配合物可能负责芳烃的亲电子间位碳氢硝化反应。此外，很多官能团在该反应中的耐受性都表现得很好。除了作为DG的肟的进一步转化容易切割和便利之外，本反应方案还被进一步应用到了临床处方药物和核苷的后期改性。

外文文献出处：

(1) For selected recent reviews on remote Cminus;H activation, see:(a) Schranck, J.; Tlili, A.; Beller, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53,9426.(b) Chiba, S.; Chen, H. Org. Biomol. Chem. 2014, 12, 4051.(c) Qiu, G.; Wu, J. Org. Chem. Front. 2015, 2, 169. (d) De Sarkar, S.Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 10558.

(2) For recent reviews on meta-selective Cminus;H activation, see:(a) Juliá-Hernández, F.; Simonetti, M.; Larrosa, I. Angew. Chem., Int.Ed. 2013, 52, 11458. (b) Ackermann, L.; Li, J. Nat. Chem. 2015, 7, 686.(c) Frost, C. G.; Paterson, A. J. ACS Cent. Sci. 2015, 1, 418. (d) Li, J.;De Sarkar, S.; Ackermann, L. Top. Organomet. Chem. 2015, 55, 217.(e) Sharma, R.; Thakur, K.; Kumar, R.; Kumar, I.; Sharma, U. Catal.Rev.: Sci. Eng. 2015, 57, 345. (f) Yang, J. Org. Biomol. Chem. 2015, 13,1930. (g) Dey, A.; Agasti, S.; Maiti, D. Org. Biomol. Chem. 2016, 14,5440.

(3) (a) Saidi, O.; Marafie, J.; Ledger, A. E.; Liu, P. M.; Mahon, M. F.;Kociok-Kohn, G.; Whittlesey, M. K.; Frost, C. G. J. Am. Chem. Soc.2011, 133, 19298. (b) Marcé, P.; Paterson, A. J.; Mahon, M. F.; Frost,C. G. Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 7068.

(4) (a) Hofmann, N.; Ackermann, L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135,5877. (b) Li, J.; Warratz, S.; Zell, D.; De Sarkar, S.; I

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