捕捉高活性碳碳雙鍵:anti-Bredt olefins

有機分子中的碳碳雙鍵通常具有固定的幾何構型,在大多數的分子結構中,這種幾何構型都會保持穩定而不會改變。然而,該幾何構型可能會因為結構扭曲而改變,進而增加了雙鍵的反應活性。目前,化學家已經能夠有效利用具有彎曲(bent)幾何結構的烯烴進行合成反應,但對於具有扭曲或錐化(twisting or pyramidalization)幾何結構的烯烴的研究則是相當有限。關於扭曲幾何結構的烯烴,最著名的一類分子就是anti-Bredt olefins,ABOs,這個概念源自於20世紀初德國化學家Julius Bredt對樟腦和蒎烷環系統的研究。Bredt在1924年提出了「Bredt’s rule」,他發現碳-碳雙鍵無法出現在碳橋的分支位置上(也就是橋頭位置),這個觀察現象後來被化學界廣泛認可並被寫入教科書中。雖然Bredt’s rule在某些情況下可以被打破,但化學家一直找不到一個有效的方法來合成和捕獲ABOs,主要是因為ABOs具有高度扭曲的幾何結構,不僅雙鍵扭曲,還伴隨著錐化,這些特性使得ABOs極不穩定且容易分解。

近日,美國加州大學洛杉磯分校的研究團隊,成功捕捉到了ABOs。他們開發了一種利用氟離子誘導的方法來生成ABOs,並透過一系列捕獲實驗來證實這類分子的存在。具體來說,他們使用兩種反應條件:一是在0°C下使用四丁基銨氟化物(TBAF)作為氟離子源,二是在120°C下使用氟化銫(CsF)搭配四丁基銨溴化物(TBAB)作為氟離子源。當這些氟離子源與ABOs的前驅物silyl sulfonate作用時,會生成ABOs中間體,接著立即被捕獲劑(如蒽、呋喃等)捕獲,形成環加成產物。研究團隊利用這兩種反應條件,成功製備了多種不同環大小的ABOs,包括[3.2.1]、[2.2.2]和[2.2.1]等結構。密度泛函理論計算進一步證實,這些ABOs確實具有高度扭曲和錐化的幾何結構。以[2.2.1] ABOs為例,其扭轉角達到35.5度,而在C1和C2碳原子處的錐化角度分別為20.1度和11.6度,這種獨特的幾何結構使得這類分子具有極高的反應性。研究人員表示,該研究首次提供了一個有效的方法來合成和捕獲ABOs。

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