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（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
正文
碳-碳鍵的構建是有機化學領域中一個核心的課題。Catellani反應是1997年所開發的一種鈀催化體系，代表了一種構建碳-碳鍵的獨特且強大的策略（Scheme 1a）。由于降冰片烯作為鄰位瞬態導向介導，該反應涉及C-H鍵活化，能使芳基碘化物在一步反應中進行雙重官能團化和三重官能團化反應，具有優異的位點選擇性。在過去的二十年里，化學家們在這一領域已取得了相當大的進展。最初，此類反應常使用芳基碘化物作為底物，后來一系列芳基溴化物、三氟甲磺酸酯和硼酸酯也均可作為有效的底物。最近，底物范圍進一步被擴展至烯基三氟甲磺酸酯和溴化物，能以高效的方式實現烯烴的雙重官能團化反應。并且，化學家們還實現了導向基團促進(雜)芳烴的C-H鈀化途徑（Scheme 1b），并進一步擴展到非導向模式（Scheme 1c）。值得注意的是，該過程可實現雙重C-H鍵官能團化反應。最近，化學家們還報道了在導向基團協助下，實現了烯烴的位點選擇性C-H官能團化反應，進一步拓寬了底物的范圍。從機理上講，上述所有反應都依賴于五元鈀環中間體的形成，該中間體可導向鄰位上的C-H官能團化反應。下載化學加APP到你手機，更加方便，更多收獲。
咔唑生物堿起源于蕓香科，具有廣泛的生物活性，包括抗菌、抗癌、抗驚厥、抗糖尿病、抗炎、抗氧化和抗精神病等特性（Figure 1）。同時，由于咔唑結構的高熱穩定性和化學穩定性以及優異的給電子和電荷傳輸性質，咔唑衍生物在光致發光和電子材料領域得到了廣泛的研究。因此，咔唑衍生物的合成引起了合成有機、藥物化學和材料科學界的極大關注。在合成咔唑衍生物的各種方法中，游離NH-咔唑的直接C-H官能團化是最為有效的方法，無需預先引入任何額外的官能團，并且避免了繁瑣的保護/脫保護的過程。利用C3-位的富電子性質，通過親電芳香取代（EAS）型過程，在該位點上已實現了NH-咔唑的直接C-H官能團化反應。不幸的是，NH-咔唑在其它位點的選擇性官能團化極具挑戰。美國德克薩斯理工大學Haibo Ge與印度理工學院Debabrata Maiti課題組首次報道了一種利用六元鈀環中間體介導的鈀/降冰片烯催化NH-咔唑的選擇性C1-烷基化和酰化反應（Scheme 1d）。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
首先，作者以咔唑1a與1-溴丁烷2a作為模型底物，進行了相關反應條件的篩選（Table 1）。當以Pd(OAc)2（10 mol%）作為催化劑，NBE（3 eq.）作為配體，KOPiv（2 eq.）作為堿，水作為助溶劑，在MeCN溶劑中50 oC反應24 h，可以94%的收率得到產物3a。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
在獲得上述最佳反應條件后，作者對烷基溴底物2的范圍進行了擴展（Scheme 2）。首先，一系列一級烷基溴均可與1a順利反應，獲得相應的產物3a-3j，收率為63-94%。值得注意的是，該反應具有出色的官能團兼容性，如環丙基、氰基、醚、硝基、苯基、三氟甲基、鹵素、羥基等，均與體系兼容。其次，芳基溴衍生物，也是合適的底物，獲得相應的產物3k-3l，收率為58-62%。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
緊接著，作者對咔唑底物1的范圍進行了擴展（Scheme 3）。首先，當底物1中的芳基上含有-OMe、-Me、-鹵素與-Ph時，均可與nBuBr順利反應，獲得相應的產物3m-3u，收率為50-96%。其次，二取代的咔唑底物，也與體系兼容，獲得相應的產物3v-3x，收率為51-88%。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
基于相關文獻的查閱，作者提出了一種合理的催化循環過程（Figure 2）。首先，在堿的存在下，鈀催化劑與咔唑進行配體交換，生成中間體A。中間體A經NBE插入后，生成中間體B。其次，中間體B經位點選擇性的C-H鈀化，生成關鍵性的六元環中間體C。值得注意的是，C-H鍵的直接活化和六元鈀環中間體C的形成是速率決定步驟。隨后，中間體C與烷基溴經氧化加成，生成鈀(IV)中間體D。中間體D經進一步的還原消除，生成鈀(II)中間體E。值得注意的是，由于中間體C或D的還原消除，降冰片烯偶聯的副產物6在反應中被分離，進一步支持環鈀中間體C的存在。最后，中間體E經釋放NBE以及配體交換，從而獲得所需的產物3，并再生活性的鈀催化劑，以完成催化循環的過程。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
此外，作者發現，通過對反應條件的稍微改變后，一系列咔唑衍生物還可與芳香族酸酐進行選擇性C1-酰化反應，獲得相應的產物5a-5f，收率為76-92%（Scheme 4）。值得一提的是，這項研究是在鈀催化降冰片烯促進導向或非導向C-H鍵官能團化策略下發生酰化反應的第一個報道例子。反應的機理類似于上述的烷基化機理。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
總結
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