过渡金属催化碳氢键官能化反应近年来受到了学术、工业界的广泛关注，然而这一过程通常需要导向基团的协助，显而易见，共价键链接的导向基团安装和反应后的移除操作步骤严重影响了碳氢键官能化反应的实用性。因此，基于非共价键结合策略的碳氢键官能化反应研究近年来受到了越来越多的关注。

金钟、徐效华课题组最近首次实现了金属钯催化的基于非共价氢键策略的芳烃远程meta选择性的碳氢键官能化反应，该方法可以适用于包括芳香醛、酮、酯和酰胺的广泛底物，从而为1,3-双官能化芳烃的合成提供了新的方法。相关成果近期发表于ACS Catalysis (2021, 11, 10460–10466)。

区域选择性、立体选择性以及可持续性是过渡金属碳氢键官能化反应的三个核心问题，也是该研究领域内重要的挑战。近年来，金钟、徐效华课题组发展了一类基于水杨腈模板的芳烃远程meta碳氢键官能化反应策略(Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 12245–12249)，该方法可应用于含芳烃的醇类、叔胺以及醛酮类底物的间位碳氢键官能化反应(Org. Lett.2019, 21, 1885–1889; Chem. Commun.2019, 55, 12408–12411)。近期，研究团队通过设计合成了一类含N,N’-取代脲类结构单元的指向模板，该模板单元一端通过非共价氢键与含有羰基单元的芳烃底物键合，同时通过另一端氰基指向基团实现金属钯催化的指向间位碳氢键官能化反应。与对照实验相比较，添加指向模板L9的产率可以从20%提高到69%，相应的区域选择性也从o/m/p = 1/0.8/0.2显著提高到o/m/p = 1/4/1。

红外光谱和溶液核磁共振光谱实验结果表明，该含氰基基团的脲化合物可以通过脲结构单元以非共价氢键方式与芳香醛、酮、酯、酰胺，以及二甲亚砜及三苯基膦等广泛底物形成相应的1:1复合物，从而为氰基指向的碳氢键官能化提供了基础。催化实验结果表明，在1当量L9存在下，20小时内可得到接近65%产率的产物，而相应对照实验仅得到不到20%的产物。随着L9的减少，产率和区域选择性均发生明显的减少。

随后，应用这一脲指向模板，研究者成功地实现了钯催化芳香醛、酮、酯以及酰胺底物的远程间位烯基化反应，从而为合成这些1,3-双官能芳烃化合物提供新的方法。

该工作最近以Letter的方式在ACS Catalysis发表。博士生李国帅是论文的主要完成人，为本文的第一作者；硕士生闫艺飞、博士生张鹏飞在底物拓展研究方面进行了协助。通讯作者为南开大学化学学院金钟和徐效华教授。相关研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

原文链接：

Palladium-Catalyzed meta-selective C–H Functionalization by Noncovalent H-Bonding Interaction

Guoshuai Li, Yifei Yan, Pengfei Zhang, Xiaohua Xu*, and Zhong Jin*

ACS Catal.2021, 11, 10460–10466;

Doi: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c02974