C-H键活化在在锰族金属催化研究方面获重大进展

　　作为自然界最基本、最普遍的惰性化学键和结构单元，C-H键广泛存在于各种有机化合物当中。C-H键活化是现代有机化学的一大挑战，如何高效率、高选择性地将这些非活性化学键切断(活化)并开发出实用的合成新反应、新方法是有机化学领域特别是有机合成领域研究的热点之一。

　　C-H键的均裂相对于异裂来说所需的能量低，由此在惰性化学键的活化中，设计一些化学键的均裂过程有望实现一些常规方法难以实现的催化过程。均裂产生的活性自由基是有机化学反应中的一类重要中间体，也是一类“疯狂”的中间体。只有在特定的条件下，自由基才可以对低价金属进行氧化加成，形成活泼的有机反应中间体，由此可以构建新型的催化反应。

　　非活化的C-H键的官能化是一个有效的方法从简单分子构建复杂的分子。当目标分子中含有多个不对等的C-H键的时候，选择性C-H键活化则变得困难。通常的策略是引入邻基导向基团形成刚性的六或七元环的前过渡态。然而，这种方法本身具有不足之处:首先，很难形成大于七元环的前过渡态，其次，环芳类型的过渡态具有的高能量进一步阻止了间位和对位的C-H键活化。到目前，虽然有大量的工作报道关于间位和对位的C-H键活化，但活化位的选择性主要是基于立体和电子效应来控制。因此，寻找一种通用的方法进行间位和对位的C-H键活化一直是这一领域的挑战。

　　近年来发展起来的C-H键活化策略直接利用分子中广泛存在的C-H键来构筑C-C键或C-X键，在很大程度上节约了反应步骤，提高了反应效率，并且减少了对环境有害的无机废弃物的排放。当前，后过渡金属—特别是铑、钌、钯、铱等“贵金属”—在C-H活化领域发挥着主导作用。金属锰具有来源丰富、价格便宜等优点，其催化的C-H活化研究在国际上尚处于起步阶段。

　　在国家自然科学基金委、科技部、中科院的大力支持下，中科院化学研究所分子识别与功能院重点实验室的科研人员通过采用五羰基溴化锰和二环己基胺的催化剂组合，发展了锰/胺协同脱质子的C-H活化新模式;进而，通过锰配体间质子转移及分子内炔基辅助锰实现C-H活化等关键步骤，构建了完整的锰催化循环;并与化学所光化学实验室的研究人员合作，用计算化学的方法验证了此催化循环的合理性(J.Am.Chem.Soc.2013,135,1264-1267)。该工作是自1989年发现该类当量反应以来首次实现的锰催化的芳烃C-H烯基化反应。

　　在此基础上，研究人员通过锰族金属铼与主族金属镁催化剂的连续催化策略首次实现了苯甲酰胺和炔烃的中性[4 2]环化反应。该反应只采用催化量的铼/镁催化剂，无需反应物的预官能化，直接通过C-H/N-H官能化的方式合成了3,4-二氢异喹啉酮，展示了很高的原子经济性和过程经济性。同时，通过反应条件的调控，可以高非对映选择性分别得到顺-3,4-二氢异喹啉酮和反-3,4-二氢异喹啉酮化合物，体现了该催化体系高度的灵活性。