Lactonization as a general route to β-C(sp3)–H functionalization

表面改性 过氧化氢 催化作用 芳基 选择性 化学选择性 烷基 氨基酸 化学 有机化学 组合化学 生物化学 物理化学
作者
Zhe Zhuang,Jin‐Quan Yu
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:577 (7792): 656-659 被引量:140
标识
DOI:10.1038/s41586-019-1859-y
摘要

Functionalization of the β-C–H bonds of aliphatic acids is emerging as a valuable synthetic disconnection that complements a wide range of conjugate addition reactions1–5. Despite efforts for β-C–H functionalization in carbon–carbon and carbon–heteroatom bond-forming reactions, these have numerous crucial limitations, especially for industrial-scale applications, including lack of mono-selectivity, use of expensive oxidants and limited scope6–13. Notably, the majority of these reactions are incompatible with free aliphatic acids without exogenous directing groups. Considering the challenge of developing C–H activation reactions, it is not surprising that achieving different transformations requires independent catalyst design and directing group optimizations in each case. Here we report a Pd-catalysed β-C(sp3)–H lactonization of aliphatic acids enabled by a mono-N-protected β-amino acid ligand. The highly strained and reactive β-lactone products are versatile linchpins for the mono-selective installation of diverse alkyl, alkenyl, aryl, alkynyl, fluoro, hydroxyl and amino groups at the β position of the parent acid, thus providing a route to many carboxylic acids. The use of inexpensive tert-butyl hydrogen peroxide as the oxidant to promote the desired selective reductive elimination from the Pd(iv) centre, as well as the ease of product purification without column chromatography, render this reaction amenable to tonne-scale manufacturing. Pd-catalysed β-C(sp3)–H lactonization of aliphatic acids enabled by a mono-N-protected β-amino acid and tert-butyl hydrogen peroxide is reported, achieving high β-position selectivity without the use of a directing group.
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