作者:石油醚
本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者来自新加坡国立大学的博士生周雪婷为我们分享。
2023年9月19日,Angew在线发表了来自新加坡国立大学化学系卢一新教授团队题为「Enantioselective De Novo Synthesis of α,α-Diaryl Ketones from Alkynes」的研究论文。本文中,作者采用光促进手性膦酸催化炔烃不对称官能团化,发展了一种全新的α,α-二芳基酮不对称合成方法,并将其应用于药物和活性分子的合成。本文为制备手性α,α-二芳基酮开辟了新的道路。
“Enantioselective De Novo Synthesis of α,α-Diaryl Ketones from Alkynes.
Zhou Zhao, Rachel O’Dea, Kim Wendrich, Nafizul Kazi and Malte Gersch*
Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310078. doi: 10.1002/anie.202310078”
手性α,α-芳基酮广泛存在于生物活性分子中,因此发展合成它们的方法受到了广泛关注。然后,目前的策略主要集中于α,α-烷基芳基酮的不对合成,并且集中于含季碳骨架的构建。对于在合成上更有挑战性的含叔碳手性α,α-二芳基酮的报道特别少,因此我们设计采用光促进手性膦酸催化炔烃不对称官能团化,发展了一种全新的α,α-二芳基酮不对称合成方法,并将其应用于药物和活性分子的合成。
在研究的初期阶段是很艰难的,经过半年的筛选才找到合适的手性膦酸催化剂和混合溶剂体系来达到优异的对映选择性。这个过程虽然困难,但是在这个过程中得到了锻炼,学习到了很多技能。
是有的,在我们找到合适的手性膦酸催化剂之后,ee值一直停留在80%左右,经过很多尝试,一直都提高不了。经过三个多月的条件系统筛选,依然提高不了,本来就要打算放弃这个课题了,偶然发现别人文章中的混合溶剂,受到了启发,接着通过细调混合溶剂的比例,成功得到了优异的对映选择性。这个过程中锻炼了自己的耐心,要不断思考,会有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”的快感。
希望继续从事不对称催化方向的研究,并希望能够研究手性的起源,以及与AI结合的不对称催化。
欢迎更多化学领域的研究者加入不对称催化的大家庭。
教育背景:
2016-2020西南交通大学 学士
2020-2021新加坡国立大学 硕士
2021-至今 新加坡国立大学 在读博士生
本文版权属于 Chem-Station化学空间, 欢迎点击按钮分享,未经许可,谢绝转载.
作者:杉杉
近日,德国Westfälische Wilhelms-Universität的F. Glorius课题组在J. Am. Chem. Soc.中发表论文,报道一种全新的采用Ru-NHC-催化剂促进的通过吲哚以及苯并呋喃衍生物参与的不对称全氢化 (complete hydrogenation)反应方法学,进而成功完成一系列手性八氢吲哚 (octahydroindole)与八氢苯并呋喃 (octahydrobenzofuran)分子的构建。
Ru-NHC-Catalyzed Asymmetric, Complete Hydrogenation of Indoles and Benzofurans: One Catalyst with Dual Function
F.Zhang, H.S. Sasmal, C. Daniliuc, F. Glorius, J. Am. Chem. Soc.2023, ASAP. doi: 10.1021/jacs.3c04983.
八氢吲哚骨架广泛存在于各类药物、天然产物、生物活性分子以及有机催化剂中 (Figure 1)。目前,芳香族化合物氢化反应方法学的相关研究已经逐渐受到有机合成化学家的关注 (Figure 1)[1]-[3]。这里,受到近年来对于Ru-手性carbene催化剂应用于芳香杂环化合物的氢化反应过程[4]以及金属-carbene配合物在异相催化领域相关研究报道[5]的启发,德国Westfälische Wilhelms-Universität的F. Glorius课题组成功设计出一种全新的采用Ru-NHC-催化剂促进的通过吲哚以及苯并呋喃衍生物参与的不对称全氢化反应方法学 (Figure 1c)。
首先,作者采用N-Boc-保护的3-甲基吲哚1a作为模型底物,进行相关反应条件的优化筛选 (Table 1)。进而确定最佳的反应条件为:H2 (100 bar)气氛下,采用Ru((R,R)-SINpEt)2作为催化剂,4Å MS作为添加剂,正己烷作为反应溶剂,反应温度为先在室温下反应48 h,之后升至100 oC反应48 h,最终获得94%分离收率的手性产物2a (80:20 dr以及95:5 er)。
在上述的最佳反应条件下,作者对一系列吲哚底物 (Figure 2)的应用范围进行深入研究。
同时,作者对进一步一系列吲哚与苯并呋喃底物 (Figure 3)的应用范围进行深入研究。
之后,该小组通过如下的一系列研究进一步表明,这一全新的不对称全氢化策略具有潜在的合成应用价值 (Figure 4)。
总结:德国Westfälische Wilhelms-Universität的Frank Glorius课题组成功设计出一种全新的采用Ru-NHC-催化剂促进的通过吲哚以及苯并呋喃衍生物参与的不对称全氢化反应方法学,进而成功完成一系列手性八氢吲哚与八氢苯并呋喃分子的构建。这一全新的对映选择性全氢化策略具有广泛的底物应用范围、优良的官能团兼容性以及优良的非对映与对映选择性等优势。
本文版权属于 Chem-Station化学空间, 欢迎点击按钮分享,未经许可,谢绝转载
本文作者:石油醚
近些年来,有机化学家们一直致力于发展高效经济的催化合成方法学,从而推动更绿色环保的药物和材料制备。本期我们邀请的专访嘉宾是新加坡国立大学的赵宇教授,赵教授小组一直致力于发展高效经济的催化合成方法学,其之前的很多努力集中于从简单易得的原料出发来合成化学中常用的合成基元,而随后希望能发现和发展出更多新颖的成键方法去更快更好地合成结构复杂的分子用于药物筛选以及新颖功能分子的合成等众多方面。
以下是赵宇教授的专访内容:
我高考填报志愿时化学并非首选,考上了北大机缘巧合来到了化学系,之后被大潮推着考托考G申请到美国读博,在异国他乡陌生的环境里对人生态度迎来了一个转机。当时有幸选了有机化学专业,进入实验室之后才越来越享受到合成化学中需由动手来验证课题设想的乐趣,诸多努力柳暗花明之后终于达成目标的成就感也是无与伦比。如此博士博士后一直集中在合成化学,找工作时也更倾向于追求高校里可以自己定义科研问题并找出解决方案的学术自由,在这个人生的另一关口又是机缘把我带到了新加坡,如今很开心在一个各方面都颇为顺意的环境里从事自己喜欢的职业。
作为一个合成化学工作者,我希望我的课题组可以发展真正高效经济的催化合成方法,从而推动更绿色环保的药物和材料制备。我们的当代社会理所当然地享受着化学专业带来的各种生活便利,却也苦于化学化工的负面影响比如空气和白色污染,整体对我们这个行业偏见颇深。借用George Whitesides一句话,chemistry determines how we live and how we die,化学如此重要和无处不在,我认为任何化学的问题只能通过发展更好的化学来解决,而绝不是敌视和疏远。希望当代化学家的集体努力可以在可见的未来改变这个现状。
中学时狂热于篮球,甚至到了曾认真考虑能不能混这口饭吃的程度,可很快就意识到身体条件所限就作罢了。现在想想如果换一个职业,我会想去写小说,既记录人生又表达自己心中所想。
我们一直致力于发展高效经济的催化合成方法学,之前的很多努力集中于从简单易得的原料出发来合成化学中常用的合成基元,之后希望能发现和发展出更多新颖的成键方法去更快更好地合成比较复杂的分子用于药物筛选。另外把我们的方法应用于经济高效的新颖功能分子合成(包括高分子)是我们的一个近期目标。
很难选出一个人。我想金庸和Michael Jordan对我的性格养成都有过很重要的影响吧。前者是关于世界观的潜移默化,对后者的崇拜则让我多了些认真和竞争的意识。
作家金庸
球星Michael Jordan
也很难选。金大师已然作古,我想我就选他吧,告诉他他的小说中形形色色的英雄人物怎么影响了我们这代人的养成。
困难人人、时时都会有。这个问题不好回答,我似乎想不起来那么深刻的经历好分享的。
我对吃没什么追求,中餐西餐皆可。大学里某一次熬到深夜时的那个煎饼让我印象深刻。
我是一个乐观的人,性格随遇而安所以也不够坚韧。最头疼的应该是拖延症。
做让自己放松的事情,看小说打球。
绿色化学有很多问题亟待解决,比如如何提高原子经济性,减少废物污染等等。
我最期待点击化学(Click Chemistry)获奖,光化学合成也很有可能吧。
如果还没有采访过, 我推荐香港科大的孙建伟和普渡大学的代明骥。
本期专访的赵宇教授是由南佛罗里达大学史晓东教授推荐的。首先非常感谢赵宇教授接受邀请。赵老师在金属或有机小分子促进的不对称催化领域做出了突出的共享,也让我对这个领域有了更加深刻的了解和思考。拜托赵教授Chem-Station写专访时,赵老师很认真的回答了专访的问题。最后,再次感谢赵老师给我们提供专访,让我们能有机会更深入了解他,也希望日后化学空间能和赵老师有更多研究上的交流,衷心祝福朱老师在合成方法学和不对称催化方法学领域做出更加突出的贡献。
1998-2002 北京大学,化学系,学士(Prof. Limin Qi)
2002-2008 Boston College,化学系,博士(Profs. Marc L. Snapper & Amir H. Hoveyda);
2008-2010 Massachusetts Institute of Technology,博士后(Prof. Richard R. Schrock);
2011-2017 National University of Singapore,助理教授
2017- National University of Singapore,副教授
荣誉与奖励
2019 Asian Rising Stars Lectureship Award, 18th Asian Chemical Congress, FACS
2018 Tokyo Chemical Industry-SNIC Industry Award in Synthetic Chemistry
2017 Outstanding Chemist Award, Department of Chemistry, NUS
2016 Thieme Chemistry Journal Award
2015 Young Scientist Award, Faculty of Science, NUS
2015 Young Chemist Award, Department of Chemistry, NUS
2015 Asian Core Program Lectureship Award from Japan and Hong Kong
2014 Asian Core Program Lectureship Award from Taiwan and Thailand
2013 Asian Core Program Lectureship Award from China and South Korea
2011-2016 Singapore National Research Foundation Fellowship, Singapore
2006-2007 John LaMattina Graduate Student Fellowship, Boston College
1998-1999 Guanghua Scholarship, Peking University
相关链接:
赵宇教授课题组主页:http://zhaoyugroup.sg/.
新加坡国立大学赵宇教授课题组在JACS发表桥联轴手性联芳化合物研究成果
新加坡国立大学赵宇课题组通过借氢策略实现邻二醇到邻二胺的高效转化
本文版权属于 Chem-Station化学空间, 欢迎点击按钮分享,未经许可,谢绝转载
本文作者:杉杉
近日,Wisconsin大学的T. P. Yoon与KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology)的M.-H. Baik团队在Nat. Commun.中发表论文,共同报道一种全新的通过手性Brønsted酸控制的高度对映与非对映选择性的光[2+2]环加成反应方法学。这一全新的对映选择性光[2+2]环加成策略中,形成的环丁烷产物具有trans–cis立体化学,进而与其他对映选择性催化的光[2+2]环加成方法学相关的研究报道形成有力的互补。
Chiral Brønsted acid-controlled intermolecular asymmetric [2+2] photocycloadditions
E. M. Sherbrook, M. J. Genzink, B. Park, I. A. Guzei, M.-H. Baik, T. P. Yoon
Nat. Commun. 2021, ASAP. Doi:10.1038/s41467-021-25878-9.
设计高度对映选择性的合成转化策略,在现代合成化学的研究中备受广泛关注。然而,通过光化学策略进行的对映选择性合成设计,则面临诸多挑战[1]-[2](Fig. 1)。受到前期对于Brønsted酸在不对称合成转化策略中的应用[4]-[6]以及近期对于对映选择性[2+2]光环加成反应[7]相关研究的启发,这里,T. P. Yoon与M.-H. Baik团队共同报道一种全新的通过 BINOL衍生的手性磷酰胺Brønsted酸促进的对映与非对映选择性光[2+2]环加成反应方法学 (Fig. 1)。同时,通过光谱与计算化学的相关研究表明,这一全新的催化环加成过程涉及发色团活化原理 (principle of chromophore activation )。
首先,作者采用苯乙烯与烯酮衍生物1作为模型底物,进行相关反应条件的优化筛选 (Fig. 2)。确定最佳的反应条件为:采用[Ir(Fppy)2(dtbbpy)]PF6作为光催化剂,AC-3作为手性Brønsted酸催化剂,通过Kessil H150 Blue LED辐射,甲苯作为反应溶剂,反应温度为-78oC,最终获得74%收率的环加成产物 (7:1d.r.,95% ee)。
在上述的最佳反应条件下,作者首先对各类α,β-不饱和羰基底物的应用范围进行考察 (Fig. 3)。研究表明,一系列具有供电子与吸电子基团取代的β-芳基α,β-不饱和羰基底物,均能够较好地与上述的标准反应条件兼容,并以良好的反应收率与对映以及非对映选择性,获得相应的手性产物2-9。并且,作者发现,对于萘基、噻吩基取代的底物,同样能够顺利地完成上述的环加成过程,并获得相应的手性产物10与11。同时,这一全新的对映选择性环加成策略对于硝基芳烃 (12)以及芳基碘 (13)底物,同样能够有效地兼容。
之后,该小组进一步对各类烯基底物的应用范围进行深入研究。作者发现,苯环中有不同供电子与吸电子基团取代的苯乙烯底物,均能够顺利地完成上述的不对称环加成过程,并获得相应的手性产物14–25。同时,上述的标准反应条件对于杂芳基取代的芳乙烯、取代以及未取代的二烯底物,同样能够有效地兼容 (28–31)。 然而,研究发现,能够与手性催化剂进行配位的芳乙烯底物,通常表现出较低的反应活性 (32)。同时,上述的标准反应体系,对于脂肪族环外烯基底物 (34–35),同样能够获得中等收率与良好对映选择性的环加成产物。之后,作者进一步发现,上述的标准反应条件对于高度官能团化的芳基乙烯与α,β-不饱和羰基底物,同样能够高度的对映选择性地获得相应的目标产物36,并能够通过咪唑基团的去除,进一步转化为其他类型的手性砌块 (Fig. 4)。
接下来,作者通过UV-Vis光谱 (Fig. 5a)证实,Brønsted酸在环加成反应过程中,并非作为常规的三线态光敏化剂。同时,作者进一步通过NMR滴定实验 (NMR titration experiment),计算出相应的结合常数Ka = 7.5×106 (Supplementary Fig. 5)。之后,作者进一步分离出相应的底物-酸配合物 (substrate-acid complex),并通过X-射线晶体学分析,确定其结构 (Fig. 5b-c),进而进一步阐明上述环加成过程中,相关对映选择性的控制因素。
基于上述的实验研究,作者提出通过底物-酸配合物中对于相关底物的活化,存在两种可能的活化模式,即生色团活化机理 (chromophore activation mechanism)与电子供体-受体机理。最终,作者通过对各类酸催化剂促进的光环加成过程中反应收率的相关研究 (Fig. 6)进一步证实,反应过程中涉及生色团活化机理。之后,作者通过DFT与TDDFT (time-dependent DFT)计算,对这一机理的起源进行深入研究 (Fig. 5d)。
T. P. Yoon与M.-H. Baik研究团队共同设计出一种全新的通过手性Brønsted酸控制的具有高度对映与非对映选择性的光[2+2]环加成反应方法学。这一全新的环加成策略具有高度的对映选择性控制、广泛的底物应用范围以及良好的官能团兼容性等优势。
本文版权属于 Chem-Station化学空间, 欢迎点击按钮分享,未经许可,谢绝转载
本文作者:杉杉
近日,上海有机化学研究所的赵刚等研究团队在Angew. Chem. Int. Ed.中发表论文,报道一种通过钯催化剂促进的对映选择性形式[3+2]环加成反应方法学,进而成功实现一系列2,2-二氟四氢呋喃衍生物的构建。其中,通过偕二氟烯基化合物 (gem-difluoroalkenes)与外消旋乙烯基环氧化物 (vinyl epoxides)或碳酸乙烯亚乙酯 (vinylethylene carbonates)之间的不对称转化过程,能够获得对映富集的2,2-双氟四氢呋喃产物,其对映选择性高达98% ee。同时,值得注意的是,这一全新的形式[3+2]环加成策略,采用廉价易得的(R)-BINAP作为低负载量的配体,并以中等至优良的反应收率获得一系列二氟化产物。此外,上述策略能够通过一步反应过程,同时获得两种手性的非对映体。
Asymmetric Synthesis of 2,2-Difluorotetrahydrofurans through Palladium-Catalyzed Formal [3+2] Cycloaddition
J. Liu, L. Yu, C. Zheng, G. Zhao, Angew. Chem. Int. Ed. ASAP doi: 10.1002/anie.202111376.
将偕二氟结构单元引入至各类杂环分子中,在生物活性化合物以及药物化学的研究中,具有十分重要的应用价值 (Figure 1)。其中,在具有强吸电子特性的二氟烯基化合物的末端,由于氟原子的存在,表现出极高的反应活性,进而能够作为有机合成方法学研究中的关键砌块。近期,已经有相关的文献报道,采用偕二氟烯基化合物作为起始原料,通过交叉偶联、加成或加成消除过程,最终获得一系列相应的单氟化[1]、二氟化[2]以及三氟化[3]的有机分子。并且,在文献已经报道的相关合成转化策略中,偕二氟烯基化合物的环加成反应方法学更加高效便捷。
2015年,Pfizer公司的研究团队报道通过双氟乙烯化合物的1,3-偶极环加成策略,进而实现一系列3,3-二氟吡咯烷分子的构建[2a] (Scheme 1A)。2017年,Wang课题组设计出一种采用DBU催化的,通过偕二氟烯基化合物参与的[4+2]环化反应方法学[2b],进而获得相应的偕二氟异黄烷醇 (gem-difluorinated isoflavanol)衍生物 (Scheme 1B)。同时,Li与Wang研究团队同样报道一种通过2,2-而氟乙烯基对甲苯磺酸酯的C-H活化诱导的[4+2]环化反应方法学[1c],并以良好的反应收率,获得各类氟代二氢异喹啉-1(2H)-酮衍生物 (Scheme 1C)。然而,对于具有五元环骨架的对映富集的偕二氟四氢呋喃分子的构建,至今尚未有相关的文献报道。近期,Zhang与Toste课题组报道一种通过偕二氟烯基化合物的对映选择性加成策略,进而获得一系列相应的三氟甲基化合物或溴代二氟甲基化合物[2d],[3c]。受到上述研究报道的启发,这里,本文报道首例偕二氟烯基化合物与乙烯基环氧化物或碳酸乙烯亚乙酯之间的不对称反应方法学,进而成功完成一系列手性偕二氟四氢呋喃分子的构建 (Scheme 1D)。
首先,作者采用1-(2,2-双氟乙烯基)-2-硝基苯1a与外消旋2-乙烯基环氧乙烷2a作为模型底物,进行相关反应条件的优化筛选 (Table 1)。进而确定最佳的反应条件为:采用Pd2(dba)3作为催化剂,(R)-BINAP作为手性配体,在THF反应溶剂中,-40 ℃下进行反应,最终获得相应的手性产物(3R,4R)-3a (92%收率, 4:1 dr, 95% ee)以及(3S,4R)-3a (92%收率, 4:1 dr, 97% ee)。
在上述的最佳反应条件下,作者首先对偕二氟烯基底物1的应用范围进行考察 (Scheme 2)。研究表明,各类芳基邻或对位具有硝基、甲氧基、卤素基团、甲基、以及乙酰基等基团取代的偕二氟芳乙烯底物,均能够较好地与上述的标准反应条件进行兼容,并以53-96%收率、60-97% ee以及50:50-79:21dr获得相应的手性产物3a–3k。并且,值得注意的是,在3 a (2.18 g)的克级规模实验研究中,仅采用0.5%负载量的钯催化剂,即可获得96%反应收率以及87%/91% ee的手性二氟四氢呋喃产物。然而,上述的最佳反应条件,对于芳基间位具有硝基取代的偕二氟芳乙烯底物,由于存在不利的电子效应,因而,未能获得相应的目标产物3l。接下来,该小组发现,采用取代的乙烯基环氧化物,同样能够有效地参与上述的对映选择性转化过程,并以良好的反应收率以及中等至优良的对映选择性,分别获得具有四级立体生成碳中心的3-甲基化产物3i与4-甲基化产物3j。
接下来,作者对碳酸乙烯亚乙酯 (vinylethylene carbonate, VEC)底物的应用范围进行深入研究 (Scheme 3)。该小组观察到,VEC底物具有更加优良的稳定性,并且,能够更为有效地参与钯催化的不对称脱羧环加成过程。同时,在上述的标准反应条件下,一系列芳基中具有不同电子与立体特性的基团取代的VEC底物,均能够顺利地与1a进行相应的环加成过程,并以中等至良好的反应收率与优良的对映选择性,获得相应的手性产物5。
为阐明上述环加成策略的合成实用性,作者进一步对相应的手性二氟四氢呋喃产物进行一系列相关的后期修饰研究 (Scheme 4)。首先,作者发现,产物3a能够较为容易地氧化为醛,并进一步通过Pd/C催化的氢化过程,转化为四氢喹啉化合物6。此外,作者进一步发现,二氟四氢呋喃产物的两种手性非对映体,能够通过硼氢化-氧化以及后续的氧化、还原与缩合反应步骤,最终获得相应的七元环酰胺分子8。值得注意的是,上述的反应过程中,所有相关产物的对映纯度均未受影响。
接下来,作者提出一种Pd/(R)-BINAP催化的不对称形式[3+2]环加成反应的过渡态模型 (Scheme 5)。基于上述的实验观察以及前期的文献报道[4],作者假设,反应过程中,能够形成相应的五元环四氢呋喃过渡态。首先,在(L1)-钯配合物存在下,通过乙烯基环氧化物2a的开环过程,形成活化的两性离子(π-烯丙基)钯中间体A。之后,通过两性离子(π-烯丙基)钯中间体A中,烷氧负离子单元对于偕二氟烯基碳中心的亲核进攻,产生两种不同的过渡态TS-I与TS-II。其中,TS-II具有较低的立体位阻,并形成产物(3S,4R)-3a。然而,其配体中的二苯基膦单元与1a中的芳基基团之间,同样可能产生显著的立体阻碍,因此,TS-II的形成过程,热力学更为不利。此外,由于1a中的富电子芳基与缺电子的π-烯丙基-Pd配合物之间,可能存在相关的π-相互作用,进而能够在亲核加成步骤完成之后,形成较为有利的非对映体(3R,4R)-3a。通过上述因素的共同作用,通过Pd/(R)-BINAP催化的对映选择性环加成过程,能够以优良的对映选择性以及中等程度的非对映选择性,获得相应的手性产物。
上海有机化学研究所的赵刚等研究团队报道一种采用钯催化剂促进的对映选择性形式[3+2]环加成反应方法学,进而成功实现一系列对映富集的2,2-二氟-4-乙烯基四氢呋喃分子的构建。并且,这一全新的[3+2]环加成策略具有优良的对映选择性 (高达98%)以及优良的反应收率 (高达96%)。同时,采用廉价易得的(R)-BINAP作为手性配体,进而通过一步的不对称环化过程,获得两种重要的手性非对映产物。而且,这一全新的环加成策略具有底物应用范围广泛、催化剂负载量低、反应条件温和以及便于实现克级规模操作等优势。此外,通过目标产物的后期衍生化过程,能够进一步完成相应四氢喹啉以及七元环酰胺分子的构建。
b) Y. Xiong, X. Zhang, T. Huang, S. Cao, Org. Chem. 2014, 79, 6395. doi:10.1021/jo5005845.
c) J.Wu, S. Zhang, H. Gao, Z. Qi, C. Zhou, W. Ji, Y. Liu, Y. Chen, Li, X. Li, H. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3537. doi: 10.1021/jacs.7b00118.
[2] a) I. McAlpine, M. Tran-Dube, F. Wang, S. Scales, J. Matthews, M. R. Collins, S. K. Nair, M. Nguyen, J. Bian, L. M. Alsina, J. Sun, J. Zhong, J. S. Warmus, B. T. O’Neill, J. Org. Chem. 2015, 80, 7266. doi: 10.1021/acs.joc.5b00853.b) J. Li, Xu, N. Wei, M. Wang, J. Org. Chem. 2017, 82, 11348.doi: 10.1021/acs.joc.7b01635.
c) D. L.Orsi, B. J. Easley, A. M. Lick, R. A. Altman, Lett. 2017, 19, 1570. doi:10.1021/acs.orglett.7b00386.
d) E. Miller, S. Kim, K. Gibson, J. S. Derrick, F. D. Toste, Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8946.doi: 10.1021/jacs.0c02331.
[3] a) B. Gao, Y. Zhao, J. Hu, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 638. doi: 10.1002/anie.201409705.b) P. Tian, C. Wang, S. H. Cai, S. Song, L. Ye, Feng, T. P. Loh, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15869.doi: 10.1021/jacs.6b11205.
c) Lin, Z. Pan, Y. Tu, S. Zhu, H. Wu, Y. Liu, Z. Li, J. Zhang, Angew.Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22957. doi: 10.1002/anie.202008262.
[4] a) B. M. Trost, P. H. Lee, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 5076. doi: 10.1021/ja00013a062.b) Craig, C. J. T. Hyland, S. E. Ward, Chem. Comm. 2005, 3439. doi:10.1039/B504731E.
c) D. Madec, G. Prestat, E. Martini, P. Fristrup, G. Poli, P. Norrby, Org.Lett. 2005, 7, 995. doi: 10.1021/ol047548l.
d) B. M. Trost, P. J. Morris, Chem. Int.Ed. 2011, 50, 6167. doi:10.1002/anie.201101684.
本文版权属于 Chem-Station化学空间, 欢迎点击按钮分享,未经许可,谢绝转载!
本文作者:杉杉
Spiroxins A、C与D是在海洋真菌菌株 (marine fungal strain) LL-37H248中分离鉴定出的代谢产物,因其具有独特的多环结构,而备受合成化学家的广泛关注。近日,西北大学胡向东课题组在Angew. Chem. Int. Ed.中发表论文,报道一种基于5-取代萘醌的克级规模对映选择性环氧化、氧化/螺缩酮化串联反应 (oxidation/spiroketalization)、苯酚结构单元的邻位选择性氯化以及肟酯导向的乙酰氧基化的关键反应步骤,进而实现(-)-Spiroxins A与C的对映选择性全合成以及(-)-Spiroxins D的首次全合成。
Enantioselective Total Synthesis of (-)-Spiroxins A, C and D
X. Shu, C. Chen, T. Yu, J. Yang, X. Hu, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 18514. doi: 10.1002/anie.202105921.
海洋真菌 (Marine fungi)已经成为具有分子结构多样化的相关代谢产物的重要来源。1999年,McDonald等[1]首次报道在真菌菌株LL-37H248中,分离出相应的天然产物Spiroxins A-E。值得注意的是,Spiroxin A在具有优良的抗肿瘤活性与抗菌活性。在分子结构中,Spiroxins A-E具有共同的两重萘醌环氧化物通过C-C键以及螺环缩酮单元结合形成的多环骨架结构I (Figure 1)。同时,这一扭曲的类笼状骨架 (distorted cage-like frame)中具有六或七重的立体中心。
2003年,Imanishi等[2]首次采用TBAF活的化Suzuki-Miyaura交叉偶联反应作为关键步骤,首次实现(±)-Spiroxin C的全合成。2017年,基于萘醌衍生物立体专一性分子内光氧化还原反应策略,Suzuki等[3]首次完成(-)-Spiroxin C的对映选择性全合成。之后,Suzuki等[4]报道采用光辐射或酸/碱条件引发的两种不同的串联反应方法学策略,分别使相同中间体的绝对构型发生保持与翻转。同时,Suzuki团队通过上述策略作为关键步骤,首次完成Spiroxin A的两种对映体的全合成。
Spiroxin D与Spiroxin C分子中存在的唯一差别在于C1位的羟基 (其相对构型未知),而Spiroxin A与Spiroxin C的差别则在于,Spiroxin A分子中具有多重的羟基官能团,并存在氯取代基。由此,作者设想,Spiroxin C可能作为合成Spiroxin A与D的共同中间体。同时,对于核心多环骨架的构建,作者设想通过5的氧化以及后续螺缩酮化的一步串联反应过程而实现。其中,通过选择锂试剂4与手性α,β-环氧酮3之间的非对映选择性加成策略,完成5的制备。而3与4均可由商品化的juglone 1进行制备,并能够采用对映选择性环氧化过程,在2分子中引入初始的手性立体生成中心,进而能够成功实现Spiroxins A、C以及D的对映选择性全合成。
该小组面临的首要挑战在于实现手性α,β-环氧酮3的高度对映选择性合成。作者首先通过市售的juglone 1,完成化合物6的制备。之后,作者进一步对5-取代萘醌6的对映选择性环氧化反应中的不对称相转移催化剂进行筛选 (Table 1, C-1至C-13)。研究表明,采用C-11时,在相应的克级规模实验中,能够获得96%收率的环氧化产物2,ee为80%。之后,作者观察到,通过重结晶过程,能够实现有效的对映体富集 (>99% ee)。
接下来,作者开始进行(-)-Spiroxin C的全合成方案设计 (Scheme 2)。首先,作者对手性环氧化物2相关的还原反应条件进行深入研究。进而观察到,在采用(CH3)4NBH(OAc)3作为还原剂时,能够获得优良的区域与非对映选择性,并通过后续的羟基保护步骤,形成产物3。X-射线晶体学研究表明,产物3中环氧化物片段的绝对构型与(-)-Spiroxins A以及C中的环氧化物片段相同。同时,juglone 1经苄基保护、醌还原-二甲基化以及溴化的三步反应过程,形成芳基溴产物7。之后,环氧化物3与通过芳基溴7原位形成的芳基锂试剂作用,并经历进一步的苄基与4-甲基苄基去除步骤之后,形成砌块5。接下来,该小组设想,通过螺缩酮单元的引入,进而顺利完成分子中核心多环骨架的构建。这里,作者发现,在采用氧化银(II)与磷酸氧化体系[5]时,能够成功获得60%收率的螺缩酮产物8。其中,磷酸的存在对于氧化/螺缩酮化串联反应过程的顺利进行尤为关键 (参阅Supporting Information)。之后,通过后续的去除TBS保护基团、羟基官能团的氧化以及环氧化步骤,进而顺利完成(-)-Spiroxin C分子的全合成。接下来,作者进行C1构型未知的 (–)-spiroxin D的全合成研究。实验发现,在采用DIBAL-H还原(–)-Spiroxin C中的C1羰基时,能够直接获得(–)-Spiroxin D,并表现出优良的区域选择性与非对映选择性。同时,通过上述转化过程,并进一步结合X-射线晶体学分析,进而顺利确定 (–)-spiroxin D分子中C1位置的绝对构型。
最后,为完成(-)-Spiroxin A的全合成,作者首先对 (-)-SpiroxinC分子中苯酚片段的邻位选择性氯化过程进行深入研究。实验表明,在采用1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲 (1,3-dichloro-5,5-dimethylhydantoin, DCDMH)作为氯化试剂时,能够获得73%收率的氯化产物9。同时,(-)-Spiroxin A的全合成设计中面临的巨大挑战,则在于区域选择性地将羟基引入至(-)-Spiroxin A分子中最下端的芳环片段。其中,作者设想,采用肟酯导向的乙酰氧基化反应策略[6]将能够有效地解决上述问题。并且,作者发现,选择K2S2O8作为氧化剂时,能够获得62%收率的关键砌块11。接下来,通过去除分子中全部的乙酰基保护基与肟酯基团之后,最终完成(-)-Spiroxin A的全合成。
西北大学胡向东课题组分别通过10、11以及14步的反应设计方案,顺利完成(-)-Spiroxins C、D与A的对映选择性全合成。其中,关键的反应步骤涉及5-取代萘醌的对映选择性环氧化、氧化/螺缩酮化串联反应、通过DCDMH参与的苯酚片段的邻位选择性氯化以及肟酯导向的乙酰氧基化过程。
本文作者:杉杉
烯烃的不对称氨基叠氮化(aminoazidation)和双叠氮化(diazidation)是一类构建手性含氮化合物的有效策略。近日,中科院福建物构所鲍红丽课题组在Angew. Chem. Int. Ed. 上发表论文,报道了铁催化苯乙烯分子间的不对称氨基叠氮化和双叠化反应,该反应仅使用较低催化量的催化剂和手性配体,通过自由基机理进行,涉及无环自由基的立体控制(可能通过基团转移过程)。
Iron-Catalyzed Radical Asymmetric Aminoazidation and Diazidation of Styrenes
Hongli Bao, Daqi Lv, Qiao Sun, Huan Zhou, Liang Ge, Yanjie Qu, Taian Li, Xiaoxu Ma, and Yajun Li
Angew. Chem. Int. Ed. ASAP DOI: 10.1002/anie.202017175
对映体富集的邻二胺化合物广泛的存在于天然产物、药物和生物活性分子中,也可作为手性配体参与不对称催化。虽然可通过醛亚胺[1]和/或亚胺[2]还原偶联合成手性二胺化合物,但烯烃或二烯的催化不对称胺化反应作为最直接且便捷的方法(Scheme 1),更加受到科学家们的关注。如Shi[3]、Du[4]、Gong[5]、Muñiz[6]和Denmark[7]等分别报道了钯、碘、有机硒催化等催化烯烃或二烯的分子间二胺化反应。Michael[8]、Chemler[9]、Zeng[10]和Liu[11] 也报道了通过一种外部胺化试剂和烯烃衍生的底物,经钯或铜催化实现分子间/内的二胺化反应,从而合成手性吲哚和吡咯烷化合物。这其中烯烃的氨基叠氮化和双叠氮化可作为互补的方法来合成邻二胺化合物。此外,有机叠氮化物也作为一种通用反应底物,可进行多种反应,如Curtius重排、Regitz重氮转移、Aza-Wittig反应、Boyer重排等。目前文献中[12]仅有一例关于应用不对称氨基叠氮化反应来合成不同的取代哌啶的实例(Scheme 1c)。对于不对称氨基叠氮化/双叠氮化反应(基于无环体系的分子间反应),仍具有挑战。前期,有文献报道了金属催化自由基叠氮化反应的机理[13],通常涉及分子间基团转移机理。本课题组根据前期对铁催化烯烃的碳叠氮化反应的研究[14],也提出了叠氮基团转移机理。受Ready等报道的对映选择性Kharasch加成反应 [15a]、Zhang等报道的对映选择性分子间自由基C-H胺化反应[15d]以及本课题组[15c]和Liu[15e]报道的苯乙烯和丙烯酰胺的不对称碳叠氮化反应的启发,在此,本课题组将进一步报道一种铁催化苯乙烯的不对称氨基叠氮化和双叠氮化反应。
首先,作者以苯乙烯1a、NFSI(氮自由基前体)和TMSN3(叠氮源)为模型底物,进行了相关反应条件的筛选(Table 1)。反应的最佳条件为:以Fe(OTf)2 为催化剂,L5为配体,可在CHCl3溶剂中室温反应,获得96%收率和93:7 er的目标产物2。
在获得上述最佳反应条件后,作者开始对苯乙烯的底物范围进行了扩展(Scheme 2)。在对氨基叠氮化反应的范围扩展时发现,一系列不同取代的苯乙烯(如各种给电子基或吸电子基)均可顺利反应,并获得良好收率和er的相应产物3–32。同时,除5、16和32外,大多数反应使用L4或L5,L4可获得更好的对映选择性。值得注意的是,若底物中同时含有乙烯基和烯丙基/炔基时,反应优先发生在乙烯基上,从而获得产物25和26。2-乙烯基苯并[b]噻吩也为合适的底物,可获得90%收率和88:12 er的产物33。此外,通过增加叠氮化试剂的量和催化剂的量,可实现1,3-二乙烯基苯和1-溴-3,5-二乙烯基苯的双叠氮化反应,获得中等非对映选择性和较高er的产物34和35。
其次,作者通过再次优化条件后发现,手性铁催化剂适用于二或三取代的苯乙烯底物。对于三取代苯乙烯底物,可获得高达97:3 er的产物37–49。对于苯乙烯底物,可获得中等收率产物50,但er较低。对于不对称苯乙烯底物,可获得含有两个不对称中心的产物51和52,每个异构体的er均为中等水平。对于对称的苯乙烯底物,可获得双叠氮化合物53–56。
为了进一步证明反应的实用性,作者对产物8进行了后期衍生化(Scheme 3)。首先,8可与末端或内炔烃、苯炔前体或乙酰丙酮进行点击反应(Click reactions),从而获得高收率且对映选择性不损失的三唑产物57–62。其次,8可在铟粉的MeOH中回流,获得79%收率的手性伯胺63。若使用P(OMe)3还原化合物8,可获得81%收率的手性磷酰胺64。除叠氮化物以外,化合物8可经n-Bu4NF进行单脱磺酰化,以定量收率得到产物65,若经进一步还原即可获得单保护的1,2-二胺66,收率为62%。66若经一锅炔丙基化/分子内[3+2]环加成反应,可获得三唑并吡嗪衍生物67。
为了进一步了解反应的机理,作者进行了相关的对照实验(Scheme 4)。首先,在标准反应体系中加入TEMPO,仅获得24%收率的产物8,并分离出14%收率的氨基氧化产物68(Scheme 4a)。当加入BHT时,反应完全被抑制(Scheme 4b)。当加入1,1-二苯基乙烯时,反应也被抑制,仅获得40%收率的产物8(Scheme 4c)。在自由基钟实验中,反应以32%的收率形成开环产物70,且未获得氨基叠氮化产物71(Scheme 4d)。这些结果表明,该反应可能涉及苄基自由基的参与。其次,为了确定催化活性物质,作者合成了两种配合物L2-Fe(II)OTf2•THF和L2-Fe(II)OTf2•CH3CN,反应结果表明,L2-Fe(II)OTf2配合物可以用作催化活性物质(Scheme 4e)。
最后,作者提出了一种可能的反应机理(Scheme 5)。首先,铁催化剂与配体的配位形成铁(II)配合物(A),可与TMSN3进行配体交换,得到叠氮化铁(II)配合物(B)。紧接着,NFSI和B经单电子转移形成叠氮化铁(III)配合物(C)和双磺酰胺自由基(D)。同时,配合物A也可与NFSI经单电子转移形成配合物E和自由基(D),E与TMSN3反应生成叠氮化铁(III)配合物(C)。将双磺酰胺自由基基(D)与苯乙烯进行加成形成苄基自由基(F)。最后,苄基自由基可与配合物C经基团转移机理,从而获得目标产物并再生活性催化剂A。
中科院福建物构所鲍红丽课题组报道了第一个铁催化苯乙烯的不对称氨基叠氮化和双叠氮化反应,从而合成了一系列手性胺化有机叠氮化物和二叠氮化物,并可进一步转化为各种具有价值的含氮化合物。同时,该反应具有温和的反应、广泛的底物范围、良好的官能团耐受性等特点。此外,该反应涉及苄基自由基参与。
本文作者:杉杉
近日,北海道大学Tatsuhiko Yoshino和Shigeki Matsunaga课题组合作在ACS Catal.上发表论文,报道了一种新型手性配体(含金属席夫碱/亚砜),该配体可调节Pd(II)催化剂的选择性和反应性,从而实现分子内不对称烯丙基C-H胺化反应。同时,内部和末端烯烃均为良好的底物,可获得高达91:9 er的C-H胺化产物。
Metal-Containing Schiff Base/Sulfoxide Ligands for Pd(II)-Catalyzed Asymmetric Allylic C−H Aminations
Youka Bunno, Yuta Tsukimawashi, Masahiro Kojima, Tatsuhiko Yoshino,* and Shigeki Matsunaga*
钯催化烯丙基C-H功能化反应,作为合成亲电性π-烯丙基化合物的有效策略,可避免典型Tsuji-Trost反应中所需的卤化物、酯或碳酸盐等离去基团。2004年,White等[1]使用双亚砜配体实现Pd催化烯丙基C-H键的活化,并与多种亲核试剂反应,从而增加了产物的复杂性(Scheme 1a)。此外,手性亚磷酰胺配体常与Pd催化剂相结合,从而实现相应的不对称催化反应(Scheme 1b)。然而,在大多数情况下,底物范围限于活化的烯丙基化合物,如烯丙基芳烃、1,4-二烯或烯丙基酯。Sasai等[2] 使用了手性双(异恶唑啉)配体,实现了烯丙基C-H活化反应,但反应范围仅限于不对称C-O键的形成。此后,White等通过引入一个额外的σ供体配位,从而使手性亚砜-恶唑啉配体表现出优异的对映选择性(Scheme 1b)。尽管如此,可用于Pd催化不对称烯丙基C-H功能化反应的手性配体仍然有限,仍需开发新型手性配体以扩大反应的范围。
受早期报道关于手性Cr-salen配合物和非手性Pd-双(亚砜)配合物使用的启发[3],作者设想,是否可通过一种含手性金属席夫碱/亚砜的配体,可实现Pd催化不对称烯丙基C-H功能化反应。对于含有金属席夫碱/亚砜配体(L-M1)的合成,可通过含有手性亚砜单元的水杨醛与手性胺缩合,形成双核席夫碱配体(L),再将各种金属M1引入内部从而合成含金属席夫碱/亚砜配体(L-M1)(Scheme 1c)。值得注意的是,通过简单地改变手性胺和M1来源,可在L-M1的亚砜单元周围构建各种手性环境。在此,作者开始对Pd(II)/L-M1催化不对称烯丙基C-H胺化反应进行了研究(Scheme 1d)。
首先,作者以Ts保护的氨基甲酸酯1a作为模型底物,进行了相关不对称烯丙基C-H胺化反应条件的筛选(Table 1, Figure 1)。反应的最佳条件为:以10 mol%的Pd(OAc)2为催化剂,10 mol%的L9-Cu为配体,同时加入1.1当量的2,6-二甲基苯醌(2,6-DMBQ)和15 mol%的(PhO)2PO2H,可在1,4-二氧六环溶剂中50 °C反应,即可获得75%收率和91:9 er的产物2a。
在获得上述最佳反应条件后,作者开始对底物1进行了扩展(Scheme 2)。底物中芳基取代不受电子效应和定位效应的影响,均可顺利反应,获得中等至良好er的产物2a–2m。值得注意的是,对于甲基取代的内烯烃1o,配体L2-Cu比L9-Cu更有效。同时,使用B(C6F5)3作为添加剂,末端烯烃1p也能顺利反应,以90%的收率和91:9的er获得产物2p。此外,在对反应条件进行稍微优化后,具有六元环的底物,也与体系兼容,获得相应的产物2q–2t。
随后,作者提出了两种分子内烯丙基C-H胺化反应的可能途径(Scheme 3)。在path a中,涉及烯丙基C-H活化、胺化途径。在path b中,涉及将1异构化为4,然后进行氨基钯加成/β-H消除的过程。
为了进一步了解反应的机理,作者进行了相关的对照实验(Scheme 4)。首先,(Z)-1o在标准条件下反应获得73%收率的主产物(E,S)-2o(Scheme 4a),而(E)-1o在标准条件下获得较差收率和对映选择性的主产物 (E,R)-2o(Scheme 4b),从而表明底物1的几何构型对于反应的收率和对映选择性至关重要。其次,当以(E)-4为底物时,在标准条件下获得28%收率和82:18 er的(E,S)-2o,以及14%收率和62:38 er的(Z,R)-2o(Scheme 4c)。当使用(Z)-4为底物时,在标准条件下获得41%收率和24:76 er的(E,R)-2o,以及3%收率和22:78 er的(Z,S)-2o(Scheme 4d)。这些结果表明,Scheme 3中的Path a更为合理。而在Path b中的异构化、氨基钯加成/β-H消除的过程,对照实验并未发现(Z)-1o选择性异构化为(E)-4。同时,(E)-4底物的对映体比率和E/Z选择性低于(Z)-1o底物,并且(E)-4的反应性比(Z)-1o低得多,在(Z)-1o的反应中也未观察到(E)-4。
北海道大学Tatsuhiko Yoshino和Shigeki Matsunaga课题组合作报道了一种新型含金属席夫碱/亚砜的手性配体,可用于Pd(II)催化不对称烯丙基C-H胺化反应。同时,内部和末端烯烃均为良好的底物,可获得高达91:9 er的C-H胺化产物。此外,机理研究表明,反应涉及烯丙基C-H活化、胺化的途径。
本文作者:石油醚
祝介平: 瑞士洛桑联邦理工学院化学系教授,有机化学家。
课题组主页:https://www.epfl.ch/labs/lspn/zhu/
1984年 杭州师范大学,学士
1987年 兰州大学,硕士(李玉林教授)
1991年 法国第十一大学,博士(Prof. H.-P. Husson and Prof. J.-C. Quirion)
1991-1992年 德州农工大学博士后(Prof. Sir D. H. R. Barton)
1992-2000年 法国国家科学研究院,Chargé de Recherche
2000-2006年 法国国家科学研究院,Director of Research, 2nd class, at ICSN CNRS
2006-2010法国国家科学研究院,Director of Research, 1nd lass, at ICSN CNRS
2010- 洛桑联邦理工学院化学系,教授
1996, CNRS bronze medal (1996)
1999, French Chemical Society SCF-Acros award (1999)
2002, AstraZeneca Award in Organic Chemistry (UK)
2002, Japan Society for Promotion of Science (JSPS) fellow
2003, Prix Emile Jungfleisch of French Academy of Sciences
2003, National Science Foundation Outstanding Young Oversea Scientist award (China)
2004, Liebig Lectureship of the German Chemical Society
2008, Novartis Chemistry Lecture Award (Switzerland)
2009, CNRS Silver medal
2010, French Chemical Society-Division of Organic Chemistry SCF-DCO award.
2015, Nankai University Lectureship on Organic Chemistry, Nankai University, Tianjing, P. R: China
2016, Royal Society of Chemistry (RSC) Natural Product Chemistry Award, UK
2017, KAIST-BK21 School of Molecular Science Lectureship award, South Korea
祝介平教授小组兴趣主要集中在复杂天然分子的全合成,新型高效合成方法的开发和不对称催化方面的研究。其主要研究分为下四个方面:
结构复杂的天然产物分子和药物分子为开发新的合成策略/新反应提供了动力。作为回报,如此发展的新合成技术通常可以在合成其他看似无关的分子靶标中找到应用。祝介平小组为了探索目标追求与合成方法/策略发展之间的协同作用是指导Zhu-Lab在天然产物全合成领域进行工作的关键原则。
以下是祝介平小组合成的精选天然产物(图 1):
图 1 天然产物全合成
与多组分反应一样,多米诺反应是另一种类型的反应,具有高成键效率,因此适合复杂分子的合成。Zhu-Lab对以下两种类型的多米诺骨牌工艺的开发特别感兴趣。
a)通过C-H活化/官能化团终止Pd(0)催化的多米诺反应(图 2)。
图 2 多米诺反应
多米诺反应提出了一个罕见的例子,其中C(Sp3)-H键被C(Sp3)-Pd(II)活化,形成新C-C键。
b)Pd(II)催化两个亲核试剂的多米诺反应(图 3)。
图 3 多米诺反应
多组分反应(MCR)是一种过程,将三种或更多种反应物合并在以产生一种化学产物一起化学操作。混合三个或三个以上反应底物,每个底物带有一个不同反应性的官能团,就可能会引发不同的反应的发生,从而导致最终产物的不同。另外,MCR的多组分反应性质意味着任何双分子反应都将产生新的中间体,而该中间体又会进入反应过程。因此,在设计新颖的MCR时,不仅必须仔细考虑各种官能团的反应性匹配,而且还必须仔细考虑初期的中间体的互相匹配的问题。
Zhu-Lab 一直在为MCR反应及其意外的相互作用结合来开发合理的“底物设计法”。以下方案就是一个典型示例。所设计的底物1包含四个官能团:氰基,酰胺,双键和酯。通过将氰基碳与原位生成的亚胺发生亲核加成的反应,所有具有反应性官能团都以高度有序的方式参与了反应过程,从而得到所设计反应的理想底物。不需要外部试剂,加热是唯一促进该MCR反应的外部能量,从而导致五个化学键同时形成三环系统。水和甲醇是该MCR中产生的副产物(图 4)。
图 4 多组分反应
在这一研究领域中,Zhu-Lab一直在寻求发现具有重要合成意义的反应,其催化对映体选择性形式暂且未知,或者仅在有限的应用范围/效率内。寻找这些问题的解决方案时,Zhu-Lab并不局限于特定的催化家族。相反,Zhu小组将根据自己的工作假设,当然也基于偶然性,探索理论合理的可用催化体系。如路易斯酸催化(图 5),手性磷酸催化(图 6),手性碱催化(图 7)等。
图 5 路易斯酸催化
图 6 手性磷酸催化
图 7 手性碱催化
Chem-Station对祝介平教授的“1,3-二烯的选择性1,2-氨基异硫氰化反应”的工作做了介绍。
Chem-Station对祝介平教授的“Barton-Zard反应中间体的动力学拆分”的工作做了介绍。
本文作者:杉杉
导读
近日,韩国Sungkyunkwan大学(Sungkyunkwan University)的Jaesook Yun课题组在Angew. Chem. Int. Ed.上发表论文,报道了采用手性双膦配体配位的Cu-H催化剂,实现了手性仲硼烷基铜化合物(通过烯基硼试剂产生)的非对映与对映选择性共轭加成反应,获得一系列具有两个连续立体生成中心的手性烷基硼化合物。该反应具有较高的收率、高度的非对映性(高达98:2 dr)与对映选择性(高达99:1)。同时,作者对手性烷基硼化合物的合成应用进行进一步研究。并通过(-)-phaseolinic acid的合成,证实该方法学在有机合成中的应用价值。
Asymmetric Conjugate Addition of Chiral Secondary Borylalkyl Copper Species
W. J. Yun, J. Jang, J. Woo, J. Yun
Angew. Chem. Int. Ed. ASAP DOI: 10.1002/anie.202014425.
金属有机试剂对于Michael受体的不对称共轭加成反应已经成为构建碳立体生成中心的有力方法。通常,在手性催化剂存在下,通过化学计量的有机金属试剂(如Mg[1]、Zn[2]、Al[3]、Zr[4]和硼试剂[5])参与的轭加成反应已经有大量研究报道(Scheme 1A, a)。然而,采用手性仲烷基金属亲核试剂直接构建具有两个连续碳立体生成中心的共轭加成反应却少有报道,并存在巨大的挑战。早期的相关研究[6],采用烷基前亲核试剂(alkyl pronucleophile)的对映体选择性去质子化策略,原位产生的构型稳定的手性有机锂试剂,进而实现相应的非对映与对映选择性共轭物加成反应(Scheme 1A, b)。并且,其它的实例[7]仅限于由手性辅基产生的化学计量的手性亲核试剂。而催化不对称串联反应,可将十分易得的起始原料经过一步反应,获得一系列结构复杂的手性砌块。最近,已经有文献报道在CuH催化剂存在下,π-不饱和前亲核试剂与部分亲电试剂参与的不对称氢官能团化反应[8]。通过烯烃原位获得催化量手性烷基铜的策略,可避免了化学计量地制备连接手性辅基的底物或金属有机试剂。Jaesook Yun以及其它研究团队[9,10]已经独立报道由CuH催化的烯基硼烷与一系列亲电试剂的氢官能团化反应方法学,进而而合成出各类重要的手性有机硼化合物。近期,本课题组[11]报道了通过伯烷基NHC-铜配合物(由1,1-二硼基甲烷经转金属化生成)参与的对映选择性共轭加成反应。尽管这一反应为首例由硼烷基铜配合物参与的不对称共轭加成,然而,上述反应条件下并无法顺利完成由1,1-二硼基乙烷衍生的支链硼烷基铜配合物的共轭加成反应。在此基础上,韩国Sungkyunkwan大学Jaesook Yun课题组尝试通过前手性烯基硼烷的对映选择性铜氢化反应,形成手性仲硼烷基铜配合物,进而实现非对映与对映体选择性共轭加成,获得手性硼烷基化合物(Scheme 1B)。这一方法学的成功设计,主要取决于以下因素:1)通过CuH催化剂进行化学选择性区分两种烯烃底物,从而以生成相应的硼烷基铜配合物;2)仲手性硼烷基铜配合物应具有足够的反应活性,能够促进共轭加成反应的进行。
首先,作者以1a-BY2和2a作为模型底物,进行了相关共轭加成反应条件的筛选(Table 1)。最终,作者筛选出的最佳反应条件为:采用1a-Bdan作为硼烷基底物,Cu(OAc)2作为催化剂,L3作为配体。最终获得85%收率的目标产物3a,er为95.5:4.5,dr为95:5。
获得上述最佳反应条件之后,作者开始考察烯基硼1与α,β-不饱和羧酸二酯2的底物适用范围(Table 2)。首先,作者在1a的放大实中验观察到,将催化剂与配体的负载量降至2.5mol%时,反应依然能够有效进行,并获得相应手性产物3a。接下来,作者发现上述反应条件对于芳基位置存在供电子与吸电子基团以及卤素取代的α,β-不饱和羧酸二酯底物,均能够良好地兼容,并获得相应手性产物3b–3h。同时,上述反应条件对于含有萘基以及杂芳基(如噻吩、呋喃和吲哚)取代的α,β-不饱和羧酸二酯底物2,同样能够较好地兼容,并获得产物3i–3l。此外,研究表明伯烷基以及β-环己基取代的羧酸二酯,仍然能够可获得相应手性产物3m–3o。此外,研究证实,采用α,β,γ,δ-不饱和二烯酸酯2p参与上述转化时,能够以高度的区域选择性、非对映与对映选择性地获得相应不对称1,4-加成产物3p。而且,作者进一步发现,带有不同基团,如苯基、伯烷基以及仲烷基等取代的烯基硼烷均能够顺利完成上述反应,获得相应手性产物3q–3v。然而,对于其它Michael受体(如α,β-不饱和羧酸单酯,酮,富马酸二乙酯以及二腈),则无法有效地进行上述转化过程。
为了进一步阐明该反应在有机合成的应用价值,作者对手性烷基硼产物3a与3s进行了相关的有机合成转化研究(Scheme 2)。首先,作者提高将3a依次进行水解、分子内酯交换以及脱羧过程,获得具有两个连续立体生成中心的手性γ-内酯(4)。随后,该小组继续将3a中的B(dan)转化为B(pin),并进一步通过脱羧过程,获得β,γ-手性烷基硼酸酯(5)。(5)再经过乙烯基化与杂芳基化过程,可以将C-B键转化为C-C 键,分别获得手性分子6与7。此外,Jaesook Yun将3s通过多步转化,获得的手性γ-内酯砌块(8),成功应用于(–)-phaseolinic acid的全合成 (9)。
韩国Sungkyunkwan大学的Jaesook Yun课题组发展了通过Cu-H催化体系,实现硼烷基烯烃与α,β-不饱和羧酸二酯的不对称共轭加成反应方法学,从而获得一系列手性烷基硼化合物。该方法学具有较高收率、高度的非对映性与对映选择性以及优良的底物范围等优点。同时,该方法选用廉价易得的烯基硼试剂,避免了化学计量的有机金属试剂以及连接手性辅基的底物的制备。此外,通过对手性目标产物参与的合成转化研究,进一步实该方法学在有机合成中具有良好的应用价值。