導(dǎo)讀
盡管手性Br?nsted酸催化的亞胺和羰基化合物的不對(duì)稱轉(zhuǎn)化均已實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于普通烯烴的不對(duì)稱轉(zhuǎn)化仍然充滿著挑戰(zhàn)。最近，德國馬普煤炭所的Benjamin List教授利用手性的二磷酰亞胺結(jié)構(gòu)作為催化劑，實(shí)現(xiàn)了烯烴的不對(duì)稱氫烷氧基化反應(yīng)，文章DOI: 10.1126/science.aaq0445。
基于烯烴的有機(jī)轉(zhuǎn)化，尤其是不對(duì)稱催化反應(yīng)，一直以來都是非常有意義的。其中，烯烴的不對(duì)稱氫官能團(tuán)化反應(yīng)由于具有原子經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)物高價(jià)值性，近年來引起了不少課題組的關(guān)注。相對(duì)于二烯或聯(lián)烯的氫胺化反應(yīng)，普通烯烴的氫烷氧基化反應(yīng)的研究要少得多。此外，烯烴的不對(duì)稱轉(zhuǎn)化目前主要依賴于過渡金屬催化，然而這樣的催化體系對(duì)普通的烯烴并不適用。相反，酶可以催化普通的烯烴的不對(duì)稱轉(zhuǎn)化（Science 1A）。2017年，Tang課題組報(bào)道了酶催化的烯烴的不對(duì)稱氫烷氧基化反應(yīng)，但底物相對(duì)比較局限 (J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3639–3642)。德國馬普煤炭所的List教授長期以來致力于手性小分子不對(duì)稱催化的研究。受酶催化的烯烴不對(duì)稱氫烷氧基化反應(yīng)的啟示，List教授推測(cè)該反應(yīng)可以由某種精心設(shè)計(jì)的手性Br?nsted酸催化實(shí)現(xiàn)，并且可能具有更廣的底物適用范圍。目前手性Br?nsted酸催化的不對(duì)稱轉(zhuǎn)化主要局限于亞胺和羰基化合物，對(duì)于普通的烯烴仍然充滿著挑戰(zhàn)。在過去的研究中，List教授先后報(bào)道了手性二磷酰亞胺（IDP）和三氟甲磺酰胺取代的手性二磷酰亞胺（IDPi）催化的不對(duì)稱催化反應(yīng)。在此，List教授考慮利用IDPi實(shí)現(xiàn)普通烯烴的不對(duì)稱催化轉(zhuǎn)化。
基于四氫呋喃骨架的重要性，List教授嘗試從羥基取代的烯烴1a出發(fā)，對(duì)有機(jī)小分子催化劑3進(jìn)行設(shè)計(jì)和考察，用來合成手性四氫呋喃衍生物2a。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用IDPi 3a作催化劑時(shí)，反應(yīng)可以取得非常好的收率和對(duì)映選擇性。進(jìn)一步地，List教授對(duì)氮上的電性和位阻進(jìn)行調(diào)控，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用3,5-二三氟甲基苯磺?；〈拇呋瘎?/span>3b時(shí)，反應(yīng)的產(chǎn)率可達(dá)到91%，er值達(dá)到97.5:2.5，得最優(yōu)條件（Science 1B）。
Scheme 1. 生物和化學(xué)領(lǐng)域的烯烴活化。圖片來源：Science
在該最優(yōu)條件下，List教授對(duì)烯烴的適用范圍進(jìn)行了考察（Scheme 2）。研究發(fā)現(xiàn)，不同電性取代的底物均能取得較為不錯(cuò)的反應(yīng)性，官能團(tuán)如醚、羥基、氟、溴、甲氧基等都能得到很好的兼容。反應(yīng)產(chǎn)率高，對(duì)映選擇性好。
Scheme 2. 烯烴氫烷氧基化的底物拓展。圖片來源：Science
為了證明該方法學(xué)的實(shí)用性，List教授還做了如下一系列轉(zhuǎn)化（Scheme 3）。首先，List教授從手性的底物(S)-1v和(R)-1w出發(fā)，通過對(duì)催化劑構(gòu)型的調(diào)控，能以較高的收率和非常好的非對(duì)映選擇性得到目標(biāo)產(chǎn)物。并且，從烯烴1x出發(fā)，經(jīng)不對(duì)稱氫烷氧基化、氧化，可以順利地構(gòu)建(-)-Boivinianin A。除分子內(nèi)不對(duì)稱氫烷氧基化外，List教授還嘗試實(shí)現(xiàn)分子間的不對(duì)稱氫烷氧基化。從芐醇和苯乙烯出發(fā)，在催化劑(S,S)-3c的催化下，能以95%的產(chǎn)率生成目標(biāo)產(chǎn)物，并且er值達(dá)到76.5:23.5，該反應(yīng)還在進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)中。
Scheme 3. 該方法學(xué)的進(jìn)一步應(yīng)用。圖片來源：Science
最后，List教授還做了一系列的實(shí)驗(yàn)探究該反應(yīng)的機(jī)理（Scheme 4）?；?/span>DFT計(jì)算的結(jié)果，List教授認(rèn)為該過程是先后經(jīng)歷烯烴質(zhì)子化、C-O鍵形成的分步過程，并且TS1的形成是有利的。為了證實(shí)DFT計(jì)算的結(jié)果，List教授還做了Hammett線性關(guān)系的研究，ρ值小于0則表明了過渡態(tài)中碳正離子的存在性。此外，通過底物1l、5、6和7的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，也說明了該反應(yīng)經(jīng)過分步的過程。
Scheme 4. 機(jī)理研究。圖片來源：Science
總結(jié)：在該工作中，List教授利用手性的二磷酰亞胺結(jié)構(gòu)3b作為催化劑，實(shí)現(xiàn)了烯烴的不對(duì)稱氫烷氧基化反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)率較高，對(duì)映選擇性好。此外，List教授還通過一系列轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證實(shí)了方法學(xué)的實(shí)用性。針對(duì)反應(yīng)的機(jī)理，List教授也做非常細(xì)致的研究。除了不對(duì)稱氫烷氧基化，烯烴的其它不對(duì)稱氫官能團(tuán)化反應(yīng)中在進(jìn)一步研究當(dāng)中。
原文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/359/6383/1501
