1861年的时候,马克诺夫尼科夫提出了一条多步卤化-消除路线,那个时候,人们要是想把烯烃变成炔烃,往往得在强碱或者高温下折腾,比如用KOH、NaNH₂这些东西,反应条件挺猛,还特别挑官能团,复杂的分子后期修饰根本用不了。这也导致烯烃脱氢在热力学上特别吃亏,而且还得特别小心别把较弱的烯丙基C–H键给干掉,这事做起来就更难了。所以,搞出一种温和、高效、官能团兼容性强的烯烃直接脱氢成炔的方法,一直是化学家们心里的“圣杯”。 这次北京大学焦宁教授带着团队搞出了个基于硒蒽的新试剂,成功把这个难题给解决了。这个试剂能通过调控硒的氧化状态,让烯烃走一个高选择性的加成-消除循环。它不光对E-烯烃、Z-烯烃还有末端烯烃都好用,还能把烯烃的构型给反过去或者分开来弄。最重要的是这个试剂还能回收再利用。他们的这篇论文就登在了最新一期的《Nature》上。 为了准备这个反应,团队先是合成了硒蒽试剂S1,再通过单步反应把它放大到了百克级(图1b)。然后把S1氧化成了5-氧硒蒽S2,在Tf₂O的帮忙下生成了高亲电活性物种。这东西能在35度的温度下和烯烃反应生成炔烃(图1c)。他们还试了好几种条件,条件A适合那些怕氧化或者容易丢氢的底物;条件B就更适合复杂的分子。跟硫蒽比起来,硒试剂的炔烃选择性明显高多了,也避免了生成共轭二烯的问题。 至于碱的选择也很关键,Cs₂CO₃或者Et₃N这些碱性物质能帮着把炔烃给弄出来;要是用吡啶的话,更容易变成二烯。 这个方法对底物的要求可太广泛了!那些传统方法不敢碰的官能团都被它拿捏住了,像烷基氯、溴、对甲苯磺酸酯、Fmoc、三氟乙酸酯、三氟乙酰胺还有环氧化物这些都不在话下(图2a)。羧酸、胺、酰胺、叠氮、醛和炔烃这些敏感基团它也照样能耐受住。值得一提的是电子特别少的烯烃容易生成共轭二烯(34),这说明反应路径跟碱介导的烯丙基质子消除脱不开关系。 对于Z-烯烃和末端烯烃,换成NaOH或者KO'Bu就能搞定(图2b、2c)。Z/E混合烯烃也能高效转化成炔烃,这就把传统方法办不到的事给干成了。 在复杂分子的后期修饰上这招儿也挺牛的。他们拿含多个烯烃的天然产物、烯酮、不饱和酯还有容易氧化的硫醚做了实验(图3a),结果都不错。像含氮杂环的达沙替尼衍生物还有环肽里也都能顺利反应(51、52)。结合烷烃脱氢的策略(图3b),他们还能从烷烃一步步变成烯烃再变成炔烃。这就大大拓宽了底物的来源。 最厉害的是这还能把烯烃的构型给反过去(图3c),还能把Z/E的混合物分开来(图3e、3f),这可是解决了个老问题。 为了搞明白机理,他们用NMR和X射线晶体学去抓那些关键的中间体,比如硒蒽二聚体阳离子和自由基阳离子(扩展数据图5)。自由基钟实验证明这绝对不是自由基机理而是[4 2]环加成机制(图4b)。 最后他们给了个统一的说法:活性物种先跟烯烃环加成生成一个单加成中间体65,然后碱再帮忙把两个东西给消掉变成炔烃并把硒蒽给再生出来(图4d)。 总结一下就是焦宁教授团队搞出了个基于硒蒽的新方法把烯烃直接变成炔烃的事给搞定了。这事儿既解决了百年难题又展现出很强的应用潜力。以后这东西肯定能在药物发现、天然产物修饰和功能材料合成上大显身手。