Angew：可见光促进钴催化芳基三烷基铵盐去胺化氨基-/烷氧基-羰基化反应

导读

近日，美国北卡罗来纳大学教堂山分校Erik J. Alexanian课题组报道了一种可见光促进钴催化苯胺衍生的三烷基铵盐的氨基-/烷氧基-羰基化反应。同时，该反应具有反应条件温和、底物范围广泛、官能团兼容性高等特点。此外，通过苯胺衍生物，也可直接进行相应的羰基化反应。机理研究和DFT计算表明，该策略涉及一种新型芳基亲电试剂的催化羰基化机理，包含关键的可见光诱导CO配体光致离解（photodissociation）的过程。文章链接DOI：10.1002/anie.202210772

正文

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

苯胺是化学合成中具有吸引力的砌块，广泛存在于各种生物活性分子和有机材料中。同时，苯胺还可进行多种化学反应，例如亲电芳香取代和其它衍生化反应。苯胺衍生的亲电盐（如重氮或Katritzky型盐）通过C(sp2)-N活化可促进多种反应，其中芳基三烷基铵盐由于其稳定性和易于合成的特点而成为此类化合物中具有吸引力的一员。在过去几十年中，化学家们已开发出了多种芳基三烷基铵盐的催化交叉偶联反应，包括碳-碳/碳-杂原子键的形成、还原反应和C-H官能团化反应。2022年，曹中艳等课题组报道了镍催化芳基三烷基铵盐的电化学交叉偶联反应，合成了一系列苯甲酰胺衍生物。对于(杂)芳基亲电化合物的C(sp2)-X羰基化反应已被大量的研究，但对于芳基三烷基铵盐通过C(sp2)-N活化的羰基化反应仍然未知（Figure 1）。虽然已经有重氮盐的羰基化反应的报道，但这些高反应性的亲电试剂通常不适用于催化的氨基羰基化反应，因为它们与常见的亲核试剂（如胺）具有高反应性。同时，芳基三烷基铵盐与钯催化剂的羰基化反应可能面临的挑战是羰基配体对金属中心的吸电子效应。

目前，化学家们发现了光可促进金属催化不同亲电试剂的羰基化反应，如Caubere课题组使用日光照射实现了苄基和烯丙基三烷基铵卤化物的羰基化反应。这些研究在相转移条件下使用Co2(CO)8作为催化剂，用于季铵盐的羰基化反应，涉及C(sp3)-N断裂过程。最近，化学家们还报道了通过阴离子钴和羰基铁配合物催化苯胺和芳基三烷基铵盐的羰基化反应，生成了三级酰胺衍生物。然而，在烷基C(sp3)-N键的断裂时，发生了唯一的位点选择性去烷基化过程。

前期（Chem. Sci.2020, 11, 7210; Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 9533.），Alexanian课题组报道了一种在低压CO气体和LED灯照射下，通过简单阴离子羰基钴实现了烷基和芳基(拟)卤化物亲电试剂的催化羰基化反应。近日，美国北卡罗来纳大学教堂山分校Erik J. Alexanian课题组报道了一种可见光促进钴催化苯胺衍生的三烷基铵盐的氨基羰基化和烷氧基羰基化反应（Figure 1）。

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首先，作者以三烷基铵盐1与哌啶作为模型底物，进行了相关氨基羰基化反应条件的筛选（Table 1）。当以Co2(CO)8作为催化剂，Cs2CO3作为碱，CO（2 atm）作为羰基源，在t-amyl-OH溶剂中370 nm LEDs照射下反应44 h，可以78%的收率得到目标的酰胺产物。

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在获得上述最佳反应条件后，作者对三烷基铵盐的底物范围进行了扩展（Figure 2）。首先，一系列不同电性取代的芳基三烷基铵盐，均可顺利与哌啶反应，获得相应的产物1-13，收率为30-98%。其中，芳基对位含有吸电子基的底物，反应的收率偏低（如12-13）。其次，萘基三甲基铵盐，也是合适的底物，可以58%的收率得到产物14。含有较长链和环状链的三烷基铵盐，也能够顺利反应，获得相应的产物15-17，收率为61-78%。含有多个给电子或吸电子基的芳基三烷基铵盐的底物，也与体系兼容，获得相应的产物18-19，收率为39-70%。此外，该策略还可用于药物分子氨苯乙哌啶酮（aminoglutethimide，20）和胆碱酯酶抑制剂新斯的明（neostigmine，21）衍生物的后期修饰。

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同时，当以一级苯胺或三级苯胺为底物，可通过一锅法（氨基羰基化反应），直接合成了相应的酰胺产物，收率略有较低（eq 1-2）。

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紧接着，作者对胺的底物范围进行了扩展（Figure 3）。首先，二级环胺和非环胺，均可顺利进行反应，获得相应的产物22-26，收率为70-90%。其次，一系列不同取代的一级胺，也均为合适的底物，获得相应的产物27-32，收率为60-85%。氨基酸酯衍生物，也是可行的底物，获得相应的产物33-34，收率为60-68%。此外，氨基甲酸铵，也与体系兼容，可以77%的收率得到产物35。

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随后，作者发现，当以醇为底物，可与三烷基铵盐顺利进行烷氧羰基化反应，获得一系列烷氧羰基化产物36-44，收率为40-83%（Figure 4）。

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此外，作者还对反应的实用性进行了研究（Scheme 1）。当以N,N-二甲基苯胺8a为初始底物，经有机催化对映选择性共轭加成，可生成烷基化产物45。45经还原和酯化两步反应后，可生成化合物46。46在上述标准条件下进行氨基羰基化反应后，可生成化合物47。

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同时，对于使用钴酸盐催化的光化学C(sp2)-X羰基化反应，主要有两种途径：（1）供体-受体配合物的光化学电荷转移的活化过程（Scheme 2）；（2）涉及[Co(Co)4]-作为亲核试剂的自由基链SRN1途径。最近，作者提出了另一种可能的途径，即在氨基羰基化反应条件下，是否涉及钴催化剂的光诱导CO配体解离的过程。

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为了区分上述可能的途径，作者进行了反应的量子产率的计算（eq 3），从而排除了供体-受体配合物的光化学电荷转移的机理。并且，反应可能涉及钴催化剂的光诱导CO配体解离的过程。含有侧链烯烃官能团的自由基探针底物48的反应仅产生未环化的羰基化产物，表明反应未涉及自由基途径（eq 4）。

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为了进一步研究CO配体的光致离解作为反应机理的关键步骤，作者进行了相关的DFT计算（Figure 5）。

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最后，作者提出了一种合理的反应机理（Scheme 3）。首先，Co2(CO)8通过胺亲核试剂的进攻，随后CO光解生成三羰基钴阴离子而歧化。然后，活性钴酸盐催化剂与铵盐配位并通过协同SNAr氧化加成至底物上。紧接着，CO的迁移插入后生成酰基钴中间体，其可与胺亲核试剂进行配体交换。最后，通过还原消除形成C-N键，可获得目标酰胺产物并再生钴催化剂，以完成催化循环。

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总结

美国北卡罗来纳大学教堂山分校Erik J. Alexanian课题组报道了一种可见光促进钴催化苯胺衍生的三烷基铵盐的氨基-/烷氧基-羰基化反应。同时，该反应具有反应条件温和、底物范围广泛、官能团兼容性高等特点。机理研究和DFT计算表明，反应涉及羰基配体的光致离解以及随后的协同SNAr氧化加成的过程。

文献详情：

Alexander Veatch, Shubin Liu, Erik John Alexanian*. Cobalt-Catalyzed Deaminative Amino- and Alkoxycarbonylation of Aryl Trialkylammonium Salts Promoted by Visible Light. Angew. Chem. Int. Ed.2022. https://doi.org/10.1002/anie.202210772