以往从酮类化合物出发,通过同系化的方式合成炔烃化合物需要经历多步反应,并涉及苛刻的反应条件。1973年,英国格拉斯哥大学(University of Glasgow)的Ernest W. Colvin教授研究团队以三甲基硅基重氮甲烷或二甲基膦酰基重氮甲烷作为C1合成子,使用nBuLi作为碱攫取其α-H后加入醛、酮类化合物,反应可一步得到炔烃产物。不过,这种方法仅适用于二芳基酮、吸电子基团修饰的芳香醛等不包含α-H的羰基化合物,其他芳香醛及在碱性条件下可发生烯醇化的羰基化合物无法有效参与反应。
▲Ernest W. Colvin教授团队及J. C. Gilbert教授团队的早期发现(图片来源:参考资料[1])
1979年,美国德克萨斯大学奥斯汀分校(The University of Texas at Austin)的J. C. Gilbert教授研究团队对以上方法进行改进。他们将nBuLi换作tBuOK,-78 ℃条件下攫取重氮甲烷的α-H后加入醛、酮类底物,并维持该反应温度12-16 h再恢复至室温,可最大程度减少其他副反应发生,底物的适用范围得到了明显的改善。
早期美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的Dietmar Seyferth博士等人报道了三甲基硅基重氮甲烷及二甲基膦酰基重氮甲烷的制备方法。这种以膦酰基重氮甲烷作为C1合成子,将羰基化合物醛/酮通过一锅法转化为相应炔烃的方法称为Seyferth-Gilbert同系化(Seyferth-Gilbert homologation)。醛参与反应得到末端炔烃,从酮出发则得到内炔烃。
▲Seyferth-Gilbert同系化反应(图片来源:参考资料[1])
随后,日本冈山大学(Okayama University)的Susumu Ohira教授团队及德国埃尔朗根-纽伦堡大学(Universität Erlangen-Nürnberg)的Hans Jürgen Bestmann教授团队等相继对Seyferth-Gilbert同系化反应做进一步改进。反应以醛作为底物,1-重氮-2-氧代丙基膦酸二甲酯用作C1合成子,仅需使用K2CO3作为碱,室温下便能以优异的产率完成同系化过程,得到目标末端炔烃产物。以上改进方法叫作Ohira-Bestmann改进(Ohira-Bestmann modified),该反应条件十分温和,具有良好的官能团兼容性,多种不同结构的芳香醛、脂肪醛均能顺利发生同系化,底物适用性更加广泛。
▲Ohira-Bestmann改进策略(图片来源:参考资料[1])
Ohira-Bestmann改进的反应机理如下:K2CO3与MeOH反应产生微量的MeOK,MeO-对1-重氮-2-氧代丙基膦酸二甲酯的乙酰基亲核加成,随后去乙酰化形成二甲基膦酰基重氮甲烷碳负离子中间体,该中间体作为亲核试剂进一步对醛类底物亲核加成并发生分子内环化,形成四元环活性中间体。其开环后得到重氮烯烃,并消除一分子N2(α-消除)、1,2-迁移得到最终产物。