以脂肪腈为亲核试剂的钯催化下烯丙基化合物的不对称环丙烷化反应

环丙烷是很多天然产物、手性药物、杀虫剂等生物活性物质的重要结构单元，也具有丰富的反应化学，是有机合成中重要的原料。因此，长期来环丙烷尤其是光学活性环丙烷化合物的合成一直是合成化学家关注的重要内容。到目前，人们已经发展了很多环丙烷合成方法，其中的部分方法在含环丙烷生物活性物质合成中获得了应用。然而，所有这些环丙烷合成方法中Simmon-Smith环丙烷化，过渡金属催化重氮化合物与烯烃的环丙烷化以及硫、碲等-叶立德与烯烃的环丙烷化等卡宾及类卡宾途径仍然是最常见的方法，尽管这些方法普遍存在一些原料来源，反应条件等方面的问题。如何发展更简便高效的环丙烷合成方法仍然是当前合成化学方面的重要内容之一。美国著名化学家L. S. Hegedus在上一世纪80年代报道了一个烯丙基钯络合物与羧酸酯α-碳负离子反应生成环丙烷的反应。这一反应不仅表明烯丙基钯络合物与亲核试剂的反应除了通常通过进攻烯丙基C1/C3途径 (Tsuji-Trost钯催化烯丙基取代反应) 进行之外,还可通过进攻烯丙基的C2进行之外,还由于其反应原料易得,催化体系简单而有望成为环丙烷合成的一个通用方法。自Hegedus论文报道之后的数十年中，人们通过实验证明了反应确实通过亲核试剂进攻C2进行，也实现了反应的催化，并且利用手性配体，高对映选择性地获得了光学活性环丙烷。同时，通过反应机理的研究，对反应的影响因素及反应过程也有所了解。尽管这一反应的研究有了长足进展， 但是这一反应的底物范围还相当的有限：亲核试剂基本上局限于羰基化合物(羧酸酯，酰胺，酮)，而烯丙基试剂也只是芳基取代烯丙基化合物及共轭二烯化合物，高对映选择性的实现也仅有一例报道。更重要的是有效的催化体系还非常有限，而人们对于使用什么类型配体构成的催化剂能够有效控制亲核试剂进攻C2而进行环丙烷化的了解更少。这些问题的存在对于催化剂的设计应用，底物的扩展，将钯催化烯丙基底物与亲核试剂的环丙烷化作为环丙烷化的一个简便通用方法在合成中获得广泛应用构成了极大的挑战。

中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室的研究团队在这一领域进行了多年研究，其最近的工作为这些问题的解决提供了一些重要的思路。他们基于对反应机理、反应过渡态、金属配位化学等的理解，利用氮杂环卡宾（NHC）强σ-给体及弱π-受体这一配位化学性质及与其具有的空间结构，以氮原子上具有大位阻取代基的NHC为配体，成功实现了以脂肪腈为亲核试剂的钯催化下烯丙基化合物的不对称环丙烷化反应，高收率、高环丙烷化/烯丙基化选择性、高对映选择性地得到了相应的环丙烷产物（图1）。他们也通过烯丙基钯-NHC络合物单晶结构解析并与计算化学家合作，分析解释了Pd/NHC催化环丙烷化的原因，以及使用这类结构NHC的重要性。

图1. 钯催化烯丙基化合物的不对称环丙烷化

这一工作发表于 Chem. Commun.。