中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭昌教授
自1830年法拉第完成第一個(gè)制備性有機(jī)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)——乙酸電解實(shí)驗(yàn)以來(lái)[1], 電化學(xué)以其對(duì)有機(jī)化合物獨(dú)特的氧化還原能力而被廣泛的應(yīng)用在有機(jī)合成中, 其避免有毒有害的氧化還原試劑的使用、對(duì)化合物某一位點(diǎn)可進(jìn)行選擇性的氧化還原、可原位產(chǎn)生不穩(wěn)定及危險(xiǎn)試劑等優(yōu)勢(shì), 得到了科研工作者的廣泛關(guān)注,并逐漸發(fā)展為有機(jī)化學(xué)中的一個(gè)重要分支[2]. 而催化不對(duì)稱(chēng)電化學(xué)有機(jī)合成雖早在1966年就已見(jiàn)報(bào)道[3], 但與傳統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)催化相比, 并未得到廣泛的關(guān)注, 雖然近幾年催化不對(duì)稱(chēng)電合成呈現(xiàn)興起的趨勢(shì), 但電化學(xué)中手性催化劑的穩(wěn)定性、高離子性介質(zhì)體系、電極表面發(fā)生的電子/物質(zhì)的轉(zhuǎn)移, 都對(duì)催化不對(duì)稱(chēng)電化學(xué)反應(yīng)中的立體控制帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)[4]. 苯炔中間體以其高的反應(yīng)活性和反應(yīng)多樣性, 被廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物的全合成中[5], 但因其短暫的壽命及不穩(wěn)定性, 使其在不對(duì)稱(chēng)催化過(guò)程中很難實(shí)現(xiàn)立體選擇性控制[6], 至今, 關(guān)于苯炔中間體的對(duì)映選擇性反應(yīng)仍然很少報(bào)道[7]. 近日, 清華大學(xué)化學(xué)系羅三中課題組[8]利用電化學(xué)能原位產(chǎn)生不穩(wěn)定及危險(xiǎn)試劑的特性, 在陽(yáng)極氧化作用下原位生成高活性苯炔或環(huán)己炔中間體, 并與手性伯胺催化劑活化的環(huán)狀β-酮羰基化合物相結(jié)合, 實(shí)現(xiàn)了環(huán)狀β-酮羰基化合物的催化不對(duì)稱(chēng)電化學(xué)α-芳基化反應(yīng)(Scheme 1). 圖式1 不對(duì)稱(chēng)電化學(xué)烯胺-苯炔偶聯(lián) 在該反應(yīng)過(guò)程中, 催化劑及催化活性中間體在電化學(xué)作用下的穩(wěn)定性仍然是關(guān)注要點(diǎn). 作者通過(guò)循環(huán)伏安曲線研究發(fā)現(xiàn), 底物氨基苯并三唑(Eox＝0.84 V)比手性伯胺催化劑(Eox＝1.54 V)及其活化的烯胺中間體(Eox＝1.15 V)更容易在電的氧化作用下發(fā)生氧化, 從而確保了伯胺催化劑及與烯胺中間體在反應(yīng)體系中的穩(wěn)定. 在1969年, 氨基苯并三唑首次被Campbell和Rees在氧化劑作用下產(chǎn)生苯炔中間體[9]. 隨后Pb(OAc)4作為氧化劑被廣泛使用[10], 為發(fā)展更高效、綠色的有機(jī)合成方法, 作者通過(guò)電化學(xué)陽(yáng)極氧化的方法首次成功實(shí)現(xiàn)了高活性苯炔中間體的生成, 但如何使催化活化的烯胺中間體更好地捕獲苯炔中間體, 仍然是不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)的難點(diǎn).作者發(fā)現(xiàn)Co(OAc)2?4H2O作為添加劑的加入, 會(huì)促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行, 達(dá)到較高的產(chǎn)率和很好的對(duì)映選擇性, 隨后作者對(duì)Co(OAc)2?4H2O在反應(yīng)中所起的作用分別從循環(huán)伏安曲線、高活性苯炔中間體的捕獲(Scheme2)、密度泛函理論(DFT)計(jì)算進(jìn)行了一系列的研究, 發(fā)現(xiàn)Co(OAc)2?4H2O的加入, 不僅會(huì)對(duì)苯炔中間體產(chǎn)生穩(wěn)定的作用, 還能很好地促進(jìn)苯炔中間體與烯胺中間體的偶聯(lián). 圖式2 苯炔及環(huán)己炔中間體捕獲實(shí)驗(yàn) 隨后作者進(jìn)行一系列底物擴(kuò)展, 發(fā)現(xiàn)五元環(huán)狀及六元環(huán)狀β-酮羰基化合物都能實(shí)現(xiàn)很好的兼容性, 對(duì)不同取代基的苯炔中間體實(shí)現(xiàn)很好的反應(yīng)位點(diǎn)控制. 將環(huán)己炔前體替代苯炔前體時(shí), 也能在陽(yáng)極氧化得到相應(yīng)的環(huán)己炔中間體, 得到良好的產(chǎn)率, 較高的對(duì)映選擇性(Scheme 3). 圖式3 底物擴(kuò)展示例 羅三中課題組首次實(shí)現(xiàn)了利用電化學(xué)方法生成高活性苯炔或環(huán)己炔中間體, 并巧妙的用醋酸鈷與苯炔或環(huán)己炔中間體相結(jié)合, 提高了苯炔中間體的穩(wěn)定性, 成功與該課題組自己開(kāi)發(fā)的手性伯胺催化劑活化的環(huán)狀β-酮羰基化合物相結(jié)合, 實(shí)現(xiàn)了各種高對(duì)映選擇性的α-芳基、α-環(huán)己烯基衍生物的合成. 清華大學(xué)化學(xué)系羅三中教授 該文發(fā)表在Chin.J.Org.Chem.2020,40(11):3978-3979. DOI:10.6023/cjoc202000077, 
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