亚砜、硫醚都是常见的含硫官能团,其孤对电子可以与过渡金属配位,是潜在的C-H键活化导向基团。硫原子导向的钯催化C-H键活化反应主要在三个方面:(
亚砜、硫醚都是常见的含硫官能团,其孤对电子可以与过渡金属配位,是潜在的C-H键活化导向基团。硫原子导向的钯催化C-H键活化反应主要在三个方面:(1)基于钯催化亚砜导向的芳环碳氢键烯基化反应研究,研究人员开发了一种钯催化亚砜导向的芳环烯基化的方法。各种丙烯酸酯可以作为烯基化试剂,通过亚砜配位的五元、六元的环钯中间体实现芳环的邻位烯基化反应[11-14]。值得一提的是,研究人员还发现亚砜作为导向基团,可以通过七元环钯过渡态实现远程烯基化反应。通过对反应钯中间体的合成和单晶结构解析,证明了亚砜中的硫原子作为配位原子,参与了导向碳氢键活化反应。产物后续的衍生化反应,证明亚砜作为导向基团可以很方便地转化为其它官能团或者移除,是一类重要的新导向基团[15]。(2)钯催化亚砜导向的分子内双C-H键活化关环反应研究含硫的多元环泛存在于各类药物、染料和荧光分子结构中,然而通过传统的关环反应合成此类分子的方法一直具有局限性,相应的反应底物上需要存在卤素官能团或其他离去基团。研究人员利用亚砜的配位导向作用,实现了钯催化分子内双C-H键活化的关环反应。与经典方法相比,反应不需要卤素的参与,底物广泛性好,合成步骤简短经济。用此类方法合成的含硫芘类荧光分子具有良好的量子产率,为各种官能化的含硫多环类荧光分子的合成提供了新的途径[16-17]。(3)钯催化硫醚导向的芳环C-H键乙酰氧化反应研究硫醚是一类重要的官能团,常见于功能分子和天然药物分子的结构中。研究人员研究并发展了钯催化的硫醚导向的芳环C-H键乙酰氧化反应。不同类型的硫醚,包括苄基硫醚和苯乙基硫醚都能以醋酸碘苯作为乙酰氧化试剂,实现硫醚邻位乙酰氧化反应。常见的官能团,包括-CH3, -F, -Cl, -Br, -CF3, -CN, -OCF3等都可以在反应中兼容。产物后续的衍生化反应,证明硫醚作为导向基团可以很方便地转化为其它官能团或者移除研究人员在1991年首先提出了原子经济性的概念,这一概念给有机化学家提出了新的要求,引导人们如何去合理设计有机合成反应[18]。研究人员认为,一个有效的合成不仅应具有高度的选择性(化学选择性、区域选择性、立体选择性以及对映选择性),而且应有良好的原子经济性,即最大限度地将原料中的原子转化为产物。因此醇羟基导向引起了广泛的关注,简单醇羟基导向的具有区域选择性的钯催化C-H键活化反应的研究,并将其应用到生物活性分子的合成,该方法具有催化剂用量少、反应条件温和、产率及选择性高、操作简便等特点,并且大大减少了化合物合成的步骤,极大的提高了有机合成的效率。醇羟基导向的C-H键活化反应,在此反应中,未保护的伯、仲、叔醇中的羟基均可直接作为导向基团,诱导Pd(Ⅱ)催化活化远程C-H键[19]。此外,以醇羟基导向的C-H键活化反应中,研究人员以储量丰富的CO为碳源,顺利完成了天然产物和药物中间体主要结构单元苯并二氢吡喃-1-酮的一步合成过程,该反应过程中同样观察到氨基酸配体对反应进程的促进作用,这为以后研究配体对催化反应的影响提供了很好的线索。研究人员还给出了从简单的起始原料开始,经过一步简单的C-H键活化反应完美合成复杂的组胺释放抑制剂主要结构单元的反应实例,充分说明了碳-氢键活化反应在有机反应过程中的重要性[20]。值得一提的是,醇羟基导向的钯催化C-H键活化反应,合成方法简洁高效,仅需要一步反应即可高产率的得到目标产物。该反应为二氢苯并呋喃的合成提供了一个新方法,尤其是含有螺环化合物的天然产物的合成过程证明了该方法有望在药物和天然产物的合成中得到广泛应用[21]。