烯烴是有機化學中最常見的官能基之一,廣泛應用於聚合物、清潔劑、農用化學品和藥物的合成。然而,烯烴在面對親電試劑時,幾乎總是發生加成反應,而非取代反應。烯烴的碳氫鍵,無法像苯環那樣直接被烷基取代。以苯環為例,有機化學家可以透過Friedel-Crafts alkylation,用烷基直接取代苯環上的氫,輕鬆獲得烷基化的芳香族化合物;但烯烴卻不存在相對應的反應。現有的含取代基烯烴合成策略各有其局限,例如Wittig反應和Horner-Wadsworth-Emmons反應需從羰基化合物出發,而非直接以烯烴為起始物;再例如烯烴複分解反應(cross-metathesis)雖可實現烷基化,但僅適用於特定類型的烯烴,對三取代和環狀烯烴完全無效;再例如採用烯基有機金屬試劑與烷基偶聯試劑進行交叉偶聯,則通常需要多步驟的前驅物製備,且官能基相容性差。另一方面,羧酸是有機合成中結構最多樣的穩定原料,烯烴亦是同樣普遍的官能基,然而迄今尚無通用方法可讓這兩類化合物直接組合,形成碳(sp²)-碳(sp³)鍵。
近日,德國馬克斯-普朗克煤炭研究所的研究團隊,成功開發出一種極性脫羧烷基化方法(polar decarboxylative alkylation),實現了烯烴的碳氫鍵烷基化。研究人員首先透過「硫蒽鹽化(thianthrenation)」,將烯烴轉化為可直接參與鈀催化偶聯的烯基硫蒽鹽;另一方面,羧酸先轉化為易被還原的活化酯(redox-active ester),再以鋅在DMF中還原,生成穩定的烷基鋅中間體——此步驟是該研究的核心突破,與以往的自由基路徑不同,此路徑能產生持久性的有機鋅物種,從而規避了兩個瞬態自由基難以交叉偶聯的難題。最後,烷基鋅在鈀催化下與烯基硫蒽鹽偶聯,以高度立體選擇性(E:Z比大於20:1)得到烷基化烯烴。該方法適用於環狀、非環狀、末端、內部及三取代等各類烯烴,也能耐受複雜官能基的羧酸,包括消炎藥indomethacin和肌肉鬆弛劑baclofen的衍生物,以及萜類天然物rose oxide和citronellol。