钯催化的N-甲基吡啶与五元杂环的氧化C-H/C-H交叉偶联

【作者】 陈雪； 李文静； 付海燕； 陈华；

【机构】 四川大学化学学院；

【摘要】 吡啶是具有代表性的六元N-杂芳香化合物,作为重要的结构单元广泛存在于医药、染料、配体以及有机功能材料中。特别地,在生物活性化合物和天然产物中,含有吡啶杂双芳基化合物是普遍存在的结构基序。近年来,过渡金属催化C-H活化来构建C-C键,作为一种原子经济性,高效性的方法已经受到人们的广泛关注,并取得了很好的进展;过渡金属催化氧化C-H/C-H是目前最吸引人的方法之一,因为两个起始原料都不需要复杂预官能化。由于选择性和活性的阻碍,C-H/C-H活化两个（杂）芳烃交叉偶联还很少有报道。此外,对于吡啶环中的C-H键,由于吡啶环中氮原子的特殊性,使其活化成为了具有很大挑战性的问题。我们通过N-甲基季铵化的活化策略对吡啶进行预活化,通过本课题组已有的研究基础,我们已经清楚的认识到N-甲基季铵化下的吡啶氮的邻位C-H键比N-O活化策略和N-叶立德活化策略下的邻位C-H键的酸性要强得多,而相较与这两种活化方法,本方法的优势在于活化基团可以在偶联后直接脱除,不需要额外的步骤脱除。我们利用N-甲基季铵化的2-苯基吡啶（1a）与苯并呋喃（2a）在催化剂催化下进行氧化C-H/C-H交叉偶联,得到3aa（Table 1）。我们首先对Rh、Ir和Pd等过渡金属催化剂进行筛选,发现只有Pd前体作催化剂时,反应才得以进行（Entry 1～3）。而对于不同的Pd前体,Pd（CF₃COO）₂和Pd（OAc）₂效果较好,3aa产率分别为16%和15%,其他的效果都甚微（Entry 4～8）。根据以前的研究经验发现,Cu（Ⅰ）与N-甲基2-苯基吡啶作用形成卡宾铜化合物,然后再进行下一步的偶联。所以在我们的体系中加入了Cu（Ⅰ）,但是发现加入Cu（Ⅱ）也能进行反应,得到25～27%的3aa（Entry9,10）,比加入Cu（Ⅰ）的效果更好。考虑到因体系中有酸和碘离子,Cu（Ⅰ）能歧化成Cu（Ⅱ）和Cu（0）,Cu（Ⅱ）也能被碘离子还原成Cu（Ⅰ）,所以便将阴离子换成CF₃COO^-,将体系设计成单一Cu（Ⅰ）和Cu（Ⅱ）体系,发现反应体系中缺了Cu（Ⅰ）反应不能进行,而只有Cu（Ⅰ）时反应虽然能进行,但产率（Entry11,12）。根据文献所报道的C-H/C-H氧化,我们知道这类反应需要氧化剂,但此体系有Cu（Ⅰ）,一般氧化剂皆可将其氧化成Cu（Ⅱ）,所以选择Cu（Ⅱ）作为氧化剂。也筛选Cu（Ⅰ）和Cu（Ⅱ）的比例,最后以48%的收率得到3aa（Entry13～23）。接下来,我们将对溶剂和添加剂进行筛选,随后探究反应的底物适用范围,官能团的兼容性及空间电子效应对N-甲基化活化策略的影响。更多还原