Small:具有不同孔结构的联吡啶类共价有机框架作为催化剂活化C-H键实现选择性功能化的活性探究

烷烃和芳烃C-H键活化实现区域和立体选择性功能化仍然是有机化学领域中的关键挑战。当前C-H键活化存在以下两个方面的问题:如何克服C-H键本身的化学惰性和如何实现反应底物中多种C-H键的选择性活化。C-H键转化成C-O、C-N、C-C和C-X(X= Cl,Br,I)是合成天然产物、药用化合物和药品是基本手段,具有重要意义。然而,苛刻的反应条件、官能团耐受性低以及生成副产物等使得C-H活化应用于复杂有机结构的合成通常受到限制。尽管均相反应对于sp2和sp3 类型C-H活化已经有不少报道,但均相催化由于催化剂无法回收、难以重复利用及复杂的纯化步骤在实际应用中受到很大限制。将催化活性丰富的钯化合物与COFs相结合既可以克服均相催化的缺点又能拓展C-H活化类型实现选择性功能化,使其成为研究热点领域。COF的结构具有超灵活的可设计性且催化剂结构与功能间存在强关联性,更加突出该种异相催化剂的研究价值。

近日,北德克萨斯大学的马胜前教授课题组设计、合成了多种分别具有单一孔结构的Pd(Ⅱ)@Py-2,2’BPyDC和二元孔结构的Pd(Ⅱ)@[(BPyDC)]x%-ETTA(x = 0%,25%,50%,75%,100%)COFs催化剂。研究表明,通过改变二元孔催化剂[(BPyDC)]x%-ETTA的钯含量,可实现高效异相催化C-H活化选择性转变为C-X(X= Cl,Br)和C-OR(R=Me,Et),并且催化剂可回收再利用。更有趣的是,相同条件下与单一孔结构的Pd(Ⅱ)@Py-2,2’BPyDC COFs相比,具有二元孔结构的Pd(Ⅱ) [(BPyDC)]x%-ETTA COFs催化活性更高,这是由于后者有利于促进反应物和产物的扩散。该项工作首次系统地研究了具有不同孔结构的COFs配合钯化合物作为异相催化剂实现C-H活化,在有机转化中建立起了微观调控异相催化剂孔结构和活化C-H键实现选择性功能化之间的联系,具有重要意义。

相关论文在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202003970)上。