四川大学陈应春&杜玮团队JACS：Pd(0)-π-Lewis碱催化—概念与发展

催化化学是现代化学的基础，约80%以上的化工过程都与催化作用有关。发展新的催化模式不仅可以丰富化学合成的基础理论，还可拓展底物的适用范围，以更加高效经济的方式合成高附加值的化工产品或药品，提高原料和能源的利用效率。

根据Dewar−Chatt−Duncanson模型，当金属与烯烃配位时，烯烃可将π电子给予金属的空轨道，即“烯烃-金属σ-给予作用”；同时，金属的外层电子也可反馈至烯烃的π-反键轨道，即“金属-烯烃π-反馈作用”。当σ-给予作用强于π-反馈作用时，金属[如Pd(II)、Pt(II)、Au(I)等]作为π-Leiws酸催化剂可降低烯烃的电子云密度，促进它们与亲核试剂的反应。相反，当π-反馈作用强于σ-给予作用时，此时配位的低价金属则可作为π-Lewis碱催化剂增强配位不饱和体系的电子密度。相对于被广泛探索的π-Leiws酸催化，使用金属作为π-Lewis碱的催化模式、作用机制尚未明确建立和发展 (Scheme 1a)。目前仅有当量金属与芳烃或1,3-二烯预制成π-Lewis碱性络合物，再与亲电试剂反应的报道，但反应后所生成的复合物需经氧化才能脱除金属得到有机产物，这不仅步骤冗长且基团兼容性差 (Scheme 1b)。

Scheme 1. General Activation Modes of π-Lewis Acids and Bases

基于上述背景，四川大学陈应春&杜玮团队与第三军医大学的欧阳勤教授合作，致力于阐明π-Lewis碱催化的基本理论并利用Pd(0)作为新颖高效的π-Lewis碱催化剂实现系列具有挑战性的不对称反应。该研究团队最近受邀在JACS上撰写Perspective总结取得的系列进展。

通过详细的理论计算和对照实验，该团队首先阐明了π-Lewis碱催化的基本理论并发现Pd(0)可以作为新颖高效的π-Lewis碱催化剂。具体来讲，Pd(0)与1,3-二烯中的一个双键形成η²配合物INT1，通过反馈作用提升体系最高占据分子轨道 (Highest Occupied Molecular Orbital，HOMO)能量，根据插烯规则将此效应传递至末端未配位双键，进而与亚胺2a发生加成反应。所生成的π-烯丙基钯中间体INT2经异构和β-氢消除生成二烯基化产物3a (Scheme 2a)。此外，所生成的烯丙基钯中间体还可经分子内Tsuji–Trost反应生成手性色烷衍生物8和1,3-二胺类化合物10 (Scheme 2b)。而易于水解的N-砜基亚胺9可经双磺酰胺11与醛在四氢吡咯催化下原位制备，再与Pd(0)活化的1,3-二烯反应，这可更加高效地生成具有季碳手性中心的1,3-二胺产物13 (Scheme 2c)。除亚胺外，Pd(0)活化1,3-二烯还可进攻活性酮，如α-酮酰胺14、吲哚醌16，所得烯丙基中间体再经分子内N-烯丙基化，或分子间O-烯丙基化生成产物15或17 (Scheme 2d、2e)。

Scheme 2. The Initial Exploration of Palladium(0) as a π-Lewis Base Catalyst

这种新型的Pd(0)-π-Lewis碱催化具有良好的基团兼容性和广泛的底物适用性。除中性1,3-二烯外，1,3-烯炔、缺电1,3-二烯、缺电烯(炔)相连的杂环化合物等都可被Pd(0)活化，使HOMO能量升高，进而发生多种不对称转化。通过配体、添加剂和其它反应参数的变化，可实现化学、区域和立体选择性的调控，从相同或相似的底物快速地合成多样性的产物，从而为先导化合物的发现提供丰富的物质基础。更为重要的是，通过合理的底物设计，可将钯介导的多种经典反应途径与新发展的π-Lewis碱催化策略结合，实现自动串联催化，从简单的底物经过一锅反应运用单一的钯催化剂高效绿色地合成复杂的产物，进一步突出了Pd(0)-π-Lewis碱催化的优效性。

Scheme 3. Diverse Types of Unsaturated Hydrocarbons Activated by Pd(0)-π‑Lewis Base Catalyst

尽管在Pd(0)-π‑Lewis碱催化方面已经取得了良好的进展，但金属π‑Lewis碱的相关研究才露尖尖角，在底物适用范围拓展、自动串联反应的开发、更多金属π-Lewis碱催化剂的发现以及与其它催化体系结合方面仍有广阔的探索空间。

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Palladium(0) π-Lewis Base Catalysis: Concept and Development

Zhi-Chao Chen, Qin Ouyang, Wei Du*, and Ying-Chun Chen*

J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 6422–6437, DOI: 10.1021/jacs.3c14674

导师介绍

陈应春

https://www.x-mol.com/university/faculty/23511 

杜玮

https://www.x-mol.com/university/faculty/60204