反應式1
(來源:Nature Chemistry)
作者在利用HAT-中間體的自由基C-H鍵胺化實現手性β-氨基醇類化合物主要面臨以下挑戰(zhàn):(1)醇的α位C-H鍵相對于β和γ位的碳氫鍵要弱(鍵解離能90 versus 98 kcal mol?1)。鑒于此,作者利用自由基接力的策略,首先將醇轉化成肟醚,從而產生氮自由基中間體,隨后通過1,5-HAT可以選擇性地實現β烷基自由基的形成。(2)如果利用HAT-中間體實現手性β-氨基醇的合成,必須要使用一種手性催化劑,并且β位的烷基自由基物種可以被手性催化劑快速和高立體選擇性地捕獲到,這樣才能實現此類過程(反應式2)。
反應式2
(來源:Nature Chemistry)
作者根據設想提出了可能的反應機理:首先醇被轉化成肟醚中間體,隨后這個自由基前體可與具有手性配體的銅催化劑配位形成中間體B;在可見光激發(fā)下,Ir催化劑通過能量轉移給銅絡合物B,從而通過光誘導的N-O鍵的氧化加成形成氮中心自由基中間體C;接下來C經歷高區(qū)域選擇性和對映選擇性的HAT得到手性的β烷基自由基中間體D,隨后胺化過程發(fā)生可能會伴隨著近一步的立體控制實現手性噁唑啉類化合物的生成并再生銅催化劑。最后通過酸性條件下水解得到手性β-氨基醇類化合物(反應式3)。
反應式3
(來源:Nature Chemistry)
通過條件篩選,作者發(fā)現手性雙噁唑啉配體既影響反應效率又會影響反應選擇性;相應的,陰離子BArF4也可以有效地改進立體控制;此外,體系中的酸也可以作為共催化劑來控制反應效率和反應選擇性(反應式4)。
反應式4
(來源:Nature Chemistry)
在底物范圍探索方面,作者對一系列不同電性和位阻的多種醇以及芳基imidates進行了嘗試,均能以較好的產率和ee值得到手性噁唑啉類化合物(表1和2)。
隨后,作者對反應的機理進行了詳細的研究,包括CV、理論計算、光淬滅實驗、同位素標記實驗、競爭實驗、去對稱化實驗以及自由基clock實驗來探索此反應的反應機理并證明了之前的機理設想(圖1)。
圖1
(來源:Nature Chemistry)
最后,作者對合成出的手性噁唑啉產物進行了一系列衍生化反應,包括酸性條件下水解成手性氨基醇,氧化成手性氨基酸等轉化。證明了利用此反應過程所合成產物的多樣性(圖2)。
圖2
(來源:Nature Chemistry)
總結:美國俄亥俄州立大學David A. Nagib課題組發(fā)展了一種在醇的β位實現不對稱的自由基C-H鍵胺化策略,合成出了多種具有極高應用價值的手性氨基醇類結構單元。此外,發(fā)展出的這類不對稱自由基接力策略也可以嘗試應用在其它類型立體選擇性C-H鍵官能團化反應中。