2.2.3 羰基锰催化的C—H键对碳杂不饱和键的加成反应
锰金属有机催化的C—H键活化反应不仅可以实现对碳碳不饱和键的加成反应，其对极性C═X（X═O，N，…）不饱和键的加成反应也是可行的。2007年，Kinunobu和Takai课题组报道了首例MnBr（CO）5催化的N-甲基咪唑导向的苯环邻位
键对醛羰基的加成反应[24]。他们发现，在当量MnBr（CO）5存在的条件下，通过
键直接对醛羰基进行加成，可以得到52%的醇类化合物[图2-10（a）]；而基于催化量MnBr（CO）5的反应只能得到极少量的加成产物，当向反应体系内引入过量硅烷（如三乙基硅烷）时能极大促进催化反应的进行[图2-10（b）]。值得一提的是，含有手性导向基团的底物在该反应中能以较好的收率得到具有非对映体过量百分比（diastereomeric excess percent，de %）的硅醚类化合物。
图2-10 首例MnBr（CO）5催化的
键对醛羰基的加成反应
上述锰催化的惰性C—H键对C═O键的加成反应对过量硅烷的依赖使其难以被广泛应用。2015年，王从洋课题组在锰-碱协同催化[13]的基础上进一步发展了锰-酸“双活化模式”（图2-11），成功实现了锰催化的
键对醛羰基的直接加成反应，以中等到优秀的收率生成醇类化合物[图2-12（a）][25]。在该反应中，MnBr（CO）5在二甲基锌的作用下活化芳烃邻位
键形成C—Mn键；溴化锌作为Lewis酸，提升了醛羰基的亲电性，促进了C—Mn键对C═O键的加成反应过程。锰-酸体系能够很好地兼容富电子和缺电子的芳香醛及脂肪醛，比之前报道的铑催化体系具有更广阔的底物适用范围。此外，烯烃的
键也能顺利地参与反应并给出单一Z-式烯丙醇衍生物。2016年，Ackermann课题组报道了Mn2（CO）10催化的吲哚
键对醛/酮化合物的加成反应，生成相应的醇类化合物[图2-12（b）][26]。但该反应仅对缺电子的醛/酮具有较好的兼容性。值得一提的是，该反应具有专一的C2选择性，这明显区别于其他过渡金属的C3选择性。
图2-11 锰-酸“双活化模式”
图2-12 锰催化的
键对C═O键的加成反应
王从洋课题组进一步将锰-酸“双活化”体系拓展至更具有挑战性的腈类化合物[25]。他们发现，芳烃
键与芳香腈或脂肪腈首先在MnBr（CO）5-Me2Zn-ZnBr2体系内经加成反应形成亚胺类中间体，随后在酸性条件下水解可直接生成相应的芳香酮类化合物[图2-13（a）][25]。而Ackermann课题组则在MnBr（CO）5的催化作用下实现了吲哚化合物2-位C—H键对异氰酸酯C═N键的选择性加成反应，能以中等到优秀的收率生成相应的芳香酰胺类衍生物[图2-13（b）][27]。2018年，王彦广和吕萍课题组报道了Mn2（CO）10催化的吲哚
键对烯酮亚胺的选择性加成反应[28]。该反应在锰催化剂的作用下经C—H烯基化、分子内芳香亲核取代（SNAr）串联过程生成α-芳基-α-氨基烯烃化合物2-7[图2-13（c）]。此外，产物2-7可经氧化环化反应转化成相应的6-氨基苯并[c]咔唑衍生物。同年，Ackermann课题组以Mn2（CO）10为催化剂实现了N-吡啶-1H-吲哚的2-位C—H键对磺酰亚胺的加成反应，生成N-烷基磺酰胺类化合物[图2-13（d）][29]。(https://www.daowen.com)
图2-13 锰催化的
键对C═N键的加成反应
在上述反应中，通常使用配位能力较强的含氮原子的基团作为导向基团。芳香醛/酮化合物的广泛存在对实现以羰基为导向基团的C—H键活化反应具有重要意义。Kaesz[30]和Nicholson/Main[31]报道的芳香酮化合物与锰金属有机化合物当量环锰化反应展示了以弱配位的氧原子为导向基团构建催化循环的可能性。2017年，王从洋课题组成功地将锰-酸“双活化”体系应用到酮导向的
键对醛亚胺的加成反应当中（图2-14）[32]。通常酮羰基α-位
键比其邻位的
键具有更高的反应活性，更容易进攻亚胺的C═N键而发生经典的Mannich反应。但MnBr（CO）5-Me2Zn-ZnBr2体系完全逆转了
键与
键的反应活性，成功实现了惰性
键对C═N键的加成反应，生成了N-烷基磺酰胺类化合物2-10。有趣的是，当反应温度提升至60℃时，含有α-H的芳基烷基酮与芳基醛亚胺发生环化反应生成了具有环外双键的异吲哚啉衍生物2-11；继续微调反应条件，将反应温度进一步提升至100℃并增加二甲基锌的用量，原来的两组分反应变成三组分反应，最终生成含有季碳中心的异吲哚啉衍生物2-12。
图2-14 锰催化的
键与醛亚胺的可控反应
在机理实验研究的基础上，研究者提出了图2-15所示的催化循环过程。锰催化剂前体与芳香酮邻位
键通过σ-键复分解机制形成五元环锰中间体Mn-11；随后经亚胺配位及插入形成七元环锰中间体Mn-12；二甲基锌与中间体Mn-12发生转金属化作用形成中间体Mn-13；另一分子芳香酮与中间体Mn-13经配体交换形成中间体Mn-14和Zn-1，其中中间体Mn-14发生分子内C—H键活化并实现活性催化物种Mn-11的再生。中间体Zn-1直接酸性水解得到加成产物2-10；中间体Zn-1经分子内环化形成中间体Zn-2，中间体Zn-2可以消除一分子碱式溴化锌生成含环外双键的产物2-11；而当中间体Zn-2被过量二甲基锌亲核进攻时，则得到甲基化产物2-12。
图2-15 锰催化的芳基酮与醛亚胺的反应机理推测
