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Oxidative Cleavage of Alkenes by O2 with a Non-Heme Manganese Catalyst
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2021-06-23 , DOI: 10.1021/jacs.1c05757 Zhiliang Huang 1 , Renpeng Guan 1 , Muralidharan Shanmugam 2 , Elliot L Bennett 1 , Craig M Robertson 1 , Adam Brookfield 2 , Eric J L McInnes 2 , Jianliang Xiao 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2021-06-23 , DOI: 10.1021/jacs.1c05757 Zhiliang Huang 1 , Renpeng Guan 1 , Muralidharan Shanmugam 2 , Elliot L Bennett 1 , Craig M Robertson 1 , Adam Brookfield 2 , Eric J L McInnes 2 , Jianliang Xiao 1
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The oxidative cleavage of C═C double bonds with molecular oxygen to produce carbonyl compounds is an important transformation in chemical and pharmaceutical synthesis. In nature, enzymes containing the first-row transition metals, particularly heme and non-heme iron-dependent enzymes, readily activate O2 and oxidatively cleave C═C bonds with exquisite precision under ambient conditions. The reaction remains challenging for synthetic chemists, however. There are only a small number of known synthetic metal catalysts that allow for the oxidative cleavage of alkenes at an atmospheric pressure of O2, with very few known to catalyze the cleavage of nonactivated alkenes. In this work, we describe a light-driven, Mn-catalyzed protocol for the selective oxidation of alkenes to carbonyls under 1 atm of O2. For the first time, aromatic as well as various nonactivated aliphatic alkenes could be oxidized to afford ketones and aldehydes under clean, mild conditions with a first row, biorelevant metal catalyst. Moreover, the protocol shows a very good functional group tolerance. Mechanistic investigation suggests that Mn–oxo species, including an asymmetric, mixed-valent bis(μ-oxo)-Mn(III,IV) complex, are involved in the oxidation, and the solvent methanol participates in O2 activation that leads to the formation of the oxo species.
中文翻译：
用非血红素锰催化剂通过 O2 氧化裂解烯烃
C=C双键与分子氧的氧化裂解产生羰基化合物是化学和药物合成中的一个重要转化。在自然界中，含有第一排过渡金属的酶，特别是血红素和非血红素铁依赖性酶，在环境条件下很容易激活 O 2并以极其精确的方式氧化裂解 C=C 键。然而，该反应对合成化学家来说仍然具有挑战性。只有少数已知的合成金属催化剂允许在 O 2大气压下氧化裂解烯烃，很少有人知道催化未活化烯烃的裂解。在这项工作中，我们描述了一种光驱动、Mn 催化的协议，用于在 1 个大气压的 O 2下将烯烃选择性氧化为羰基化合物。首次使用第一排生物相关金属催化剂，在清洁、温和的条件下，可以将芳香族和各种未活化的脂肪族烯烃氧化成酮和醛。此外，该协议显示出非常好的功能组耐受性。机理研究表明，Mn-oxo 物种，包括不对称的混合价双 (μ-oxo)-Mn(III,IV) 络合物，参与氧化，溶剂甲醇参与 O 2活化，导致oxo 物种的形成。
更新日期：2021-07-07
中文翻译：
用非血红素锰催化剂通过 O2 氧化裂解烯烃
C=C双键与分子氧的氧化裂解产生羰基化合物是化学和药物合成中的一个重要转化。在自然界中，含有第一排过渡金属的酶，特别是血红素和非血红素铁依赖性酶，在环境条件下很容易激活 O 2并以极其精确的方式氧化裂解 C=C 键。然而，该反应对合成化学家来说仍然具有挑战性。只有少数已知的合成金属催化剂允许在 O 2大气压下氧化裂解烯烃，很少有人知道催化未活化烯烃的裂解。在这项工作中，我们描述了一种光驱动、Mn 催化的协议，用于在 1 个大气压的 O 2下将烯烃选择性氧化为羰基化合物。首次使用第一排生物相关金属催化剂，在清洁、温和的条件下，可以将芳香族和各种未活化的脂肪族烯烃氧化成酮和醛。此外，该协议显示出非常好的功能组耐受性。机理研究表明，Mn-oxo 物种，包括不对称的混合价双 (μ-oxo)-Mn(III,IV) 络合物，参与氧化，溶剂甲醇参与 O 2活化，导致oxo 物种的形成。
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