ICM | 中科院大连化物所吴小锋研究员团队：钯催化活性卤代烷的羰基化反应-最新进展

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文章导读

钯（Pd）催化的羰基化反应是合成化学中制备高原子经济性含羰基化合物的有效途径，在过去几十年中得到了快速发展。然而，与芳基卤化物相比，由于Pd中间体的稳定性降低，卤代烷的羰基化相对困难。此外，活化的卤代烷的羰基化更具挑战性，相比于羰基化，其与亲核试剂的亲核取代反应更容易发生。

中国科学院大连化物所吴小锋研究员团队近期总结和讨论了Pd催化活化卤代烷羰基化反应的最新进展。综述了以各种方式产生的自由基中间体进行的活化的卤代烷羰基化转化，以及以各种亲核试剂为反应对象，在相对低的CO压力下，羰基化制备相应的生物活性化合物。此外，除了醇、胺和有机硼试剂外，对与烯烃/炔烃组合的四组分反应也进行了讨论。

图文摘要

上述成果发表在Industrial Chemistry & Materials，题为：Palladium-catalyzed carbonylation of activated alkyl halides via radical intermediates。欢迎扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”免费阅读、下载！

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https://doi.org/10.1039/D3IM00078H

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本文亮点

总结了钯催化的活化卤代烷通过自由基中间体的羰基化最新进展，并讨论了相关反应机制及未来发展方向；

活化卤代烷的羰基化偶联为构建具有生物活性的药物分子提供了替代途径。

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图文解读

“目录

1. Introduction

2. Palladium-catalyzed directcarbonylation of activated alkyl halides with nucleophiles

3. Palladium-catalyzed carbonylation of activated alkyl halides and nucleophiles with alkenes or alkynes

4. Summary and outlook

✦1. Pd催化的活化卤代烷与亲核试剂的直接羰基化

如图1所示，巯基功能化的硅微球和单体溶液共混，借助10 MeV电子束辐照引发硫醇-烯点击反应，进而快速实现有机官能团的接枝；通过选择不同极性的单体并调节其体积比（从10:0变化到9:1、7:3、5:5、3:7、1:9和0:10），可制备得到拥有梯度接枝率的氧化硅微球。这些硅微球被作为添加剂与聚二甲氧基硅氧烷（PDMS）共混，在200 keV电子束引发的交联反应下快速固化，最终形成亲疏水性不同的e-HMS-PDMS涂层。

图1.Pd催化的活化卤代烷与亲核试剂的直接羰基化反应机理

有机氟化物由于其特殊的物理和化学性质，在医学化学和材料科学中发挥着至关重要的作用。在有机分子中引入氟原子可以改变其生物活性和物理性质。使用市售含氟的活化卤化物将氟原子引入分子中是构建含氟化合物的有效方法（图2，图3）。研究表明使用酚、醇和胺作为亲核试剂，反应通过自由基中间体进行，可以成功避免其他可能的亲核取代，所产生的自由基随后可以被Pd催化剂捕获用于羰基化并避免被淬火（图4）。

图2.钯催化的二氟烷基溴和芳基硼试剂的直接羰化反应

图3.Pd催化的二氟卤代烷和烷基硼试剂的直接羰化反应

图4.Pd催化溴乙腈与胺/酚/醇亲核试剂直接羰基化反应

✦2. Pd催化的活化卤代烷和亲核试剂与烯烃/炔烃的羰基化

图5.Pd催化的活化卤代烷和亲核试剂与烯烃/炔烃的羰基化反应机理

多组分反应（MCRs）是一种用现成的合成子合成高度官能化分子的有效方法，由三种或多种反应物在单个反应容器中组合反应，最终得到一种主要产物。CO是一种廉价的工业原料，常被用于多组分反应以构建一些高值化产品（图6和图7）。

图6.Pd催化烯烃四组分氟烷基羰基化合成内酯

图7.Pd催化炔烃全氟烷基羰基化合成烯酮

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总结与展望

本文综述了钯催化的活化卤代烷通过自由基中间体的羰基化偶联转化领域的最新进展。与传统的自由基羰基化反应不同，这些转化可以在低CO压力下进行。更重要的是，由于引入一些特定的官能团，这些方法为构建一些具有生物活性的药物分子提供了替代途径。尽管钯催化的活化卤代烷的羰基化偶联反应已经发展得很好，但仍几个重要的方向需要探索：i）使用更便宜的金属催化剂来实现这些转化；ii）改进这些方法，以更短的步骤合成一些有用的药物分子或生物活性化合物；iii）开发新的催化剂体系，以实现活化卤代烷的对映选择性羰基化反应。最后，希望这篇综述能对该领域未来的发展有所启发。

编辑/排版：ICM编辑部

文章信息

Z. Bao and X. Wu, Palladium-catalyzed carbonylation of activated alkyl halides via radical intermediates, Ind. Chem. Mater., 2024,2, 276-283.

作者简介

通讯作者

吴小锋，中国科学院大连化物所研究员。2009年毕业于法国雷恩第一大学，获硕士学位；2012年毕业于德国罗斯托克大学-莱布尼兹催化研究所，获得自然科学博士学位。毕业后留所开展独立研究，2017年完成法国雷恩第一大学的Habilitation，获得教授资格。2020年加入大连化物所，担任催化羰基化研究组组长。研究方向：（1）一氧化碳向精细化学品的高效转化；（2）生物质能源向一氧化碳的转化；（3）小分子的活化；（4）聚合物的定向降解。在Angew. Chem., JACS, Chem等学术期刊上发表论文550余篇，文章被引频次17000余次，h指数65，出版编著10余本专著，入选2022“中国高被引学者年度榜单”，2023年全球前2%顶尖科学家榜单。