可见光氧化还原钴催化立体发散性合成1,4-二烯

1,4-二烯是一类重要的烯烃化合物,其分子骨架广泛存在于药物和天然产物中.由于1,4-二烯分子在有机合成中具有重要作用,目前其合成方法已被广泛研究,包括1,3-二烯的氢烯基化、炔烃的氢烯丙基化、乙烯基和烯丙基试剂的交叉偶联等.然而,由于1,4-二烯的热力学稳定性,现有的合成方法主要倾向于生成E-立体选择性的产物,而Z-异构体的生成则相对困难.值得注意的是,通过同一组底物同时构建1,4-二烯的Z和E异构体的立体发散性合成策略鲜有报道.因此,发展新型催化体系,以同时构建1,4-二烯的Z和E异构体具有十分重要的意义和应用前景.本文报道了一种高效的可见光光致氧化还原/钴协同催化策略,该策略以联烯与炔烃为原料,通过调控反应溶剂即可实现立体发散性地构建Z,E-和E,E-1,4-二烯化合物.该反应在室温下,以2,4,5,6-四(9-咔唑基)-间苯二腈(4CzIPN)作为光敏剂,4,6-双(二苯基膦基)-10H-吩噁嗪为配体,H_(2)O和DIPEA作为氢源,实现了1,4-二烯的高效合成.值得一提的是,通过简单地调控溶剂可以直接控制产物的立体选择性,即以乙腈为溶剂时可得到Z,E-1,4-二烯产物,而使用2-MeTHF作为溶剂时,则得到E,E-1,4-二烯产物.此外,该反应对炔烃底物具有良好的兼容性,包括乙基、硅醚、羟基和环丙基等非对称的芳基烷基内炔,均能与联烯有效偶联,以较高收率得到目标产物.此外,芳基上带有各种富电子和缺电子基团的炔烃也能很好地参与反应.联烯底物研究结果表明,联烯上的酯基对反应效率有显著影响,具有较小酯取代基的联烯,如甲基和乙基,反应活性较低,相应的产物收率较低;而具有较大酯基的联烯,如异丙基、苄基和叔丁基,则能获得更高的产率.此外,当使用苯基、酸酐、二苯基氧化膦或磺酰基等其他官能团取代的联烯时,反应无法发生.通过氘代实验、荧光猝灭实验等一系列控制实验以及密度泛函理论计算,揭示了该反应机制.反应过程涉及五元钴环戊烯中间体的分解,并通过光催化的能量转移过程实现了E,E-1,4-二烯的E→Z异构化,最终实现Z,E-1,4-二烯的立体选择性合成.综上所述,本文提出了一种新的钴催化炔烃-联烯的选择性还原偶联反应.通过结合可见光光致氧化还原与钴协同催化策略,在温和的条件下,以H_(2)O和DIPEA作为氢源,实现了具有良好区域选择性和立体选择性的Z,E-和E,E-1,4-二烯的立体发散性合成.通过控制反应溶剂来实现立体选择性,本研究为立体发散性合成1,4-二烯化合物提供了一种简单有效的新途径.