炔烴作為一類廉價易得的化學(xué)原料, 在合成化學(xué)中是一種非常有用的有機合成砌塊. 因此, 炔烴叁鍵的催化官能團化反應(yīng)作為一類非常實用的有機化學(xué)反應(yīng)備受關(guān)注[1]. 在近幾十年中, 系列新穎的炔烴催化官能團化反應(yīng)被發(fā)現(xiàn), 并在許多生物活性分子的合成中得到應(yīng)用. 其中以炔烴作為卡賓前體, 隨后發(fā)生卡賓轉(zhuǎn)移反應(yīng)是實現(xiàn)炔烴催化官能團化的重要手段. 例如, 炔烴催化氧化可以構(gòu)建α-羰(亞胺)基卡賓. 在這一領(lǐng)域, Zhang 等[2]首次報道了利用亞砜類化合物作為氧化劑, 通過金催化炔烴氧化成功構(gòu)建了α-羰基卡賓中間體(Scheme 1a). 此外, 其他以炔烴作為卡賓前體的方法也得到了廣泛的研究, 包括烯炔酮的環(huán)異構(gòu)化反應(yīng)(Scheme 1b), 炔丙酯的Rautenstrauch重排反應(yīng)(Scheme 1c)等. 這些卡賓中間體可進行一系列轉(zhuǎn)化, 實現(xiàn)多種具有生物活性的化合物骨架尤其是碳環(huán)、雜多環(huán)類化合物的高效合成[3]. 圖式1 炔烴經(jīng)由卡賓中間體過程的催化反應(yīng) 近年來, 炔烴經(jīng)由卡賓過程的不對稱催化轉(zhuǎn)化取得了一系列突破性進展, 如利用高炔丙醇作為卡賓前體的不對稱曼尼希加成[4-6]、不對稱催化的卡賓/炔烴復(fù)分解反應(yīng)(carbene/alkyne metathesis, CAM)[7-8]等. 通過不同模式的串聯(lián)反應(yīng)、多組分反應(yīng)可以高效合成結(jié)構(gòu)多樣的手性雜環(huán)化合物. 近日, 華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院祝詩發(fā)課題組以炔烴作為卡賓前體, 通過協(xié)同活化策略, 實現(xiàn)了雙核銠催化的不對稱烯炔環(huán)異構(gòu)化反應(yīng). 在機理研究過程中, 通過和北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院余志祥課題組合作, 對該過程的活化原理進行了詳細(xì)的研究[9]. 雙核銠配合物具有獨特的車軸狀結(jié)構(gòu), 被廣泛用于催化重氮化合物分解產(chǎn)生金屬銠卡賓, 尤其是在不對稱卡賓轉(zhuǎn)移反應(yīng)中表現(xiàn)極為出色[10]. 然而, 該類絡(luò)合物具有較弱的親炔性, 很難用于活化碳-碳叁鍵實現(xiàn)炔烴的轉(zhuǎn)化. 祝詩發(fā)和余志祥合作通過設(shè)計協(xié)同活化策略: (1)拉電子基活化和2)底物與催化劑配體間的C—H…O相互作用, 實現(xiàn)了首例雙核銠催化的不對稱烯炔環(huán)異構(gòu)化反應(yīng), 反應(yīng)效率高、對映選擇性好(Scheme 2). 圖式2 手性雙核銠催化的1,n-烯炔不對稱環(huán)異構(gòu)化反應(yīng) 鑒于醛基是小位阻拉電子基團, 且有可能與雙核銠配體的氧原子形成C—H…O作用, 因此作者首先使用醛基取代的烯炔底物來驗證他們的設(shè)計. 作者發(fā)現(xiàn)金和鉑催化劑都不能很好地催化該反應(yīng), 而在非手性羧酸銠的催化下高收率地得到產(chǎn)物. 隨后作者進行了手性條件的篩選, 得到了最佳反應(yīng)條件: 以Rh2(S-BTPCP)4作為催化劑, 甲苯作為溶劑, 0 ℃下反應(yīng), 以93%的產(chǎn)率和91% ee得到目標(biāo)產(chǎn)物. 在最優(yōu)條件下, 該反應(yīng)具有很好的官能團兼容性, 烷基、富電子芳基、貧電子芳基、鹵素、酯基、醚都可以很好地兼容于該催化體系. 內(nèi)烯、氮上非芳基磺酰基保護、氧鏈底物以及1,7-烯炔的底物也能順利地得到產(chǎn)物, 但對映選擇性較差. 同時作者也對產(chǎn)物進行了多種轉(zhuǎn)化, 包括合成6/5, 6/6環(huán)系產(chǎn)物等. 作者通過計算發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)的可能機理是: 銠首先和底物結(jié)合, 然后經(jīng)歷決速步環(huán)丙烷化過程得到卡賓中間體, 再經(jīng)歷1,2-H遷移后催化劑離去得到最終產(chǎn)物, 這與氘代實驗結(jié)果相符. 另外, 作者還發(fā)現(xiàn), 在決速步過渡態(tài)中, 底物上的醛基氫和催化劑羧酸配體氧之間的距離分別為0.247和0.254 nm, 存在雙重C—H…O相互作用. 進一步, 作者設(shè)想是否可以將C—H…O作用從CHO拓展到CH2Z基團, 其中Z可極化鄰位的C—H鍵, 同時對叁鍵也有一定的拉電子活化作用, 但比醛基要弱很多. 最后, 作者通過理論計算和試驗進一步驗證了這一設(shè)想的正確性. 該研究工作實現(xiàn)了雙核銠催化的不對稱烯炔環(huán)異構(gòu)化反應(yīng), 理論計算和控制實驗證明了該反應(yīng)是通過拉電子基活化和引入底物與銠催化劑配體間的C—H…O相互作用的協(xié)同活化策略實現(xiàn)的. 該反應(yīng)具有效率高, 條件溫和, 產(chǎn)物可進行多樣性轉(zhuǎn)化等優(yōu)點. 該研究提出的雙重活化策略為碳-碳叁鍵高效、高選擇性地催化轉(zhuǎn)化提供了一個新的策略, 同時也為新催化劑的設(shè)計提供了新的思路. 華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院祝詩發(fā)教授課題組 該文發(fā)表在Chin.J.Org.Chem. 2020, 40(12): 4370-4371. DOI:10.6023/cjoc202000085, 
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