手性硅烷及其衍生物因其在不對(duì)稱催化以及功能材料領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景, 近年來(lái)越來(lái)越受到合成化學(xué)家的重視和廣泛關(guān)注, 此外手性硅化合物在含硅候選藥物以及手性硅基材料上也被廣泛報(bào)道[1-3]. 但是與傳統(tǒng)的通過碳硅鍵的偶聯(lián)來(lái)構(gòu)筑手性硅化合物相比, 高對(duì)映選擇性地合成帶有極性官能團(tuán)的手性硅化合物目前仍然面臨巨大的挑戰(zhàn). 例如, 對(duì)于活化的烯烴如α,β-不飽和羰基化合物, 在發(fā)生不對(duì)稱硅氫化反應(yīng)時(shí), 其主要難點(diǎn)在于反應(yīng)中不可避免地生成雙鍵還原產(chǎn)物以及α-加成物和β加成物等, 除此以外反應(yīng)還需要考慮到官能團(tuán)兼容性以及手性控制等問題[4-6](Scheme 1). 因此如何在更為廣泛的底物類型上實(shí)現(xiàn)高對(duì)映選擇性的硅氫化, 仍然是該研究領(lǐng)域里亟需解決的問題. 圖式1 傳統(tǒng)硅氫化對(duì)EWG-活化烯烴的還原和氧-硅化 近年來(lái), 催化不飽和碳碳鍵的不對(duì)稱硅氫化為構(gòu)建手性硅化合物提供了一種全新的策略[7-8]. 然而目前該類合成方法局限于末端烯烴或炔烴類底物, 對(duì)于內(nèi)烯烴或活化的烯烴仍然存在比較大的挑戰(zhàn). 馬來(lái)酰亞胺及其衍生物是合成化學(xué)中一類非常重要的合成砌塊, 同時(shí)存在于潛在的生物活性分子以及候選藥物中[9-10]. 如果能實(shí)現(xiàn)對(duì)馬來(lái)酰亞胺碳碳雙鍵的不對(duì)稱硅氫化, 將為后期的具有生物活性的含硅候選藥物的篩選提供了可能. 材料與化學(xué)化工學(xué)院徐利文課題組[11]認(rèn)為可以通過調(diào)節(jié)手性配體的結(jié)構(gòu)及其空腔來(lái)調(diào)控金屬中心的性質(zhì), 從而改變不對(duì)稱硅氫化反應(yīng)的化學(xué)選擇性, 抑制雙鍵還原等副反應(yīng)的發(fā)生,使其專一地發(fā)生硅碳鍵偶聯(lián)反應(yīng). 近日該研究團(tuán)隊(duì)[11]利用TADDOL-衍生的膦配體活化的鈀催化體系實(shí)現(xiàn)了對(duì)于馬來(lái)酰亞胺立體專一性的硅碳鍵偶聯(lián)反應(yīng), 構(gòu)筑了一系列手性硅化合物. 值得注意的是, 該方法能夠在實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱硅氫化的同時(shí), 通過在馬來(lái)酰亞胺的N-芳基的鄰位上引入兩個(gè)不同位阻大小取代基以穩(wěn)定阻轉(zhuǎn)異構(gòu)體, 從而一步構(gòu)建具有碳手性和軸手性的有機(jī)硅化合物(Scheme 2). 圖式2 N-芳基馬來(lái)酰亞胺催化不對(duì)稱硅氫化用于遠(yuǎn)程控制軸手性 在初始的條件篩選過程中, 作者考察了一系列(R)-BINAP,(R)-SEGPHOS和其他膦配體, 發(fā)現(xiàn)得到的均是雙鍵還原產(chǎn)物. 在進(jìn)一步的配體篩選中作者發(fā)現(xiàn), 采用帶有大位阻芳基取代基的TADDOL-衍生的膦配體能夠以93%的收率和96%的ee值得到不對(duì)稱硅氫化產(chǎn)物. 作者認(rèn)為手性膦配體空間位阻的排斥作用對(duì)于抑制碳碳雙鍵的還原起到了關(guān)鍵作用. 在隨后的條件優(yōu)化中, 作者進(jìn)一步考察了鈀催化劑前體、反應(yīng)溫度及反應(yīng)溶劑等因素對(duì)反應(yīng)的影響. 在確定好最優(yōu)的反應(yīng)條件后, 作者能夠在較為溫和的反應(yīng)條件下以良好的產(chǎn)率高立體選擇性地得到一系列結(jié)構(gòu)多樣的手性硅化合物, ee值最高可達(dá)99%. 在進(jìn)一步的底物擴(kuò)展中, 作者設(shè)想, 能否通過在馬來(lái)酰亞胺上的芳基鄰位引入兩個(gè)不同位阻大小的取代基, 使得反應(yīng)在發(fā)生不對(duì)稱硅氫化的同時(shí)通過限制C—N鍵的旋轉(zhuǎn)達(dá)到遠(yuǎn)程控制軸手性的目的, 最終使得反應(yīng)可以一步構(gòu)筑同時(shí)具備碳手性、軸手性的有機(jī)硅化合物. 通過對(duì)N-芳基上兩個(gè)取代基大小的調(diào)節(jié), 作者成功實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想, 制備了一系列同時(shí)具備碳手性、軸手性的含硅化合物. 隨后作者也進(jìn)行了克級(jí)規(guī)模的放大實(shí)驗(yàn)并對(duì)其合成的手性硅化合物的應(yīng)用進(jìn)行了嘗試. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該類手性硅化合物可以進(jìn)行一系列豐富的化學(xué)轉(zhuǎn)化(Scheme 3). 圖式3 含手性硅基琥珀酰亞胺的化學(xué)轉(zhuǎn)化 綜上所述, 徐利文課題組創(chuàng)新性地發(fā)展了一類新型的不對(duì)稱鈀催化硅氫加成反應(yīng), 通過對(duì)手性配體結(jié)構(gòu)的精密調(diào)節(jié)及優(yōu)化構(gòu)建了新型鈀催化體系, 成功實(shí)現(xiàn)了第一例對(duì)馬來(lái)酰亞胺立體專一的硅碳鍵偶聯(lián)反應(yīng), 一步構(gòu)筑兼具碳手性和軸手性的新型有機(jī)硅化合物. 該策略具有專一的化學(xué)選擇性和優(yōu)異的立體選擇性、溫和的反應(yīng)條件和良好的底物普適性等優(yōu)點(diǎn). 基于該方法生成的手性硅化合物能夠適用于多樣性的轉(zhuǎn)化反應(yīng)進(jìn)行豐富的后續(xù)轉(zhuǎn)化. 杭州師范大學(xué)徐利文教授課題組 該文發(fā)表在Chin.J.Org.Chem.2020,40(10):3478-3480. DOI:10.6023/cjoc202000067,
References
[1]Franz,A. K.; Wilson, S. O. J. Med. Chem.2013, 56, 388.
