N,N'-双（亚水杨基）亚乙二胺催化 C-H 芳基化的应用

介绍

N,N'-双（亚水杨基）亚乙二胺（N,N'-Bis (salicylidene) ethylenediamine）属于席夫碱化合物，化学分子式为C₁₆H₁₄N₂O₂，分子结构含有的两个水杨醛缩氨基单元。在无过渡金属、碱介导的未活化苯与芳基卤化物的 C-H 官能化反应中具有优异的催化性能。分子结构以乙二胺为桥联骨架，两端分别连接水杨醛缩氨基基团，形成对称的四方齿席夫碱结构。其核心功能位点包括：两个酚羟基氧原子、两个亚胺氮原子，可通过配位作用与金属阳离子结合，同时分子中的共轭体系与疏水结构利于与芳基底物相互作用。

图一 N,N'-双（亚水杨基）亚乙二胺

催化C-H芳基化反应

以N,N'-双（亚水杨基）亚乙二胺催化4 - 碘苯甲醚与苯的偶联反应为例，最优条件为，催化剂用量10 mol%，；叔丁醇钾（KOtBu）为最优碱，3 当量时收率达 80%，其他碱（叔丁醇钠、叔丁醇锂、氢氧化钾）均无有效催化效果；85℃下反应 8 小时，延长至 12 小时收率无提升，升温至 100℃收率反而降至 77%；苯既作为反应物又作为溶剂（6 mL，72 mmol），底物芳基卤化物为 1 mmol，确保充分反应。

底物适用性

N,N'-双（亚水杨基）亚乙二胺对不同类型芳基卤化物及芳烃底物展现出良好的催化选择性与活性。碘代芳烃碘苯、4-碘苯甲醚、4-碘甲苯等收率最高，溴代芳烃溴苯、4-溴甲苯收率次，氯代芳烃因反应活性低收率仅18%；含给电子取代基（甲基、甲氧基）的芳基卤化物收率高于吸电子取代基（氰基、硝基），如4-溴苯甲腈收率35%，4-碘硝基苯无产物生成；大位阻芳基卤化物1-碘萘收率降至 45%，表明空间位阻会削弱催化效率。

催化机制

N,N'-双（亚水杨基）亚乙二胺与KOtBu配位形成复合物 Ⅱ，通过氧原子与氮原子结合钾离子，激活碱的电子转移能力；复合物 Ⅱ 向芳基卤化物（Ar-X）转移一个电子，生成芳基卤化物阴离子自由基 Ⅳ，随后脱去卤离子（X⁻）形成芳基自由基 Ⅴ；芳基自由基 Ⅴ 与苯发生加成反应，形成联芳自由基 Ⅵ；该自由基被中间体 Ⅲ 氧化为碳正离子 Ⅶ，最终脱去质子恢复芳香性，生成联芳产物 Ⅷ；加入自由基捕获剂 TEMPO 后，反应完全抑制，证实自由基中间体的存在；动力学同位素效应（K_H/K_D=1.03）表明决速步为单电子转移过程[1]。

图二 N,N'-双（亚水杨基）亚乙二胺的催化机制

参考文献

[1]Ghonchepour E ,Islami R M ,Mostafavi H , et al.Transition metal-free and base-mediated transformation arylation of unactivated benzene with aryl halides in presence of N,N′-bis(salicylidene)ethylenediamine as organocatalyst[J].Catalysis Communications,2018,10787-91.DOI:10.1016/j.catcom.2018.01.007.