羰基化合物的烯丙基化反應是構(gòu)建C-C鍵的有效工具，其可以增加分子的多樣性。官能化的高烯丙醇是很多天然產(chǎn)物的關鍵合成中間體，特別是構(gòu)建全碳中心的高烯丙醇是具有相當挑戰(zhàn)的工作。傳統(tǒng)的方法是利用3，3雙取代的烯丙基金屬試劑與醛反應，但這樣的試劑容易有區(qū)域選擇性，并且合成烯丙基金屬試劑通常需要多步，還會帶來金屬試劑的浪費，不符合原子經(jīng)濟性。因此，設計一種催化的方法，通過簡單易得的原料高選擇性地構(gòu)筑含全碳中心的高烯丙醇是十分有價值的。在烯丙基化反應中，羥甲基烯丙基化和叔-（羥基）異戊烯化超越了簡單的烯丙基化，增加分子功能性，可以生成有廣泛用途的1,3-二醇。
Krische教授于2014年發(fā)展了一種利用Ir催化烯丙基環(huán)氧化合物和一級醇反應，高產(chǎn)率，高ee值和dr值得到一級醇α位的烯丙基化反應（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8911-8914）。然而，這種轉(zhuǎn)化限于不容易多樣化的烷基-乙烯基取代的環(huán)氧化物。但其也有一些有待發(fā)展的缺點：這些反應需要三倍過量的烯丙基前體，反應時間長和昂貴的銥催化劑（圖1）。
為了改善上述反應條件，有一些更為廉價的過渡金屬結(jié)合光催化得到了發(fā)展，他們利用更溫和的條件來構(gòu)建親核的烯丙基金屬試劑（Chem. Soc. Rev. 2020, 49,6186–6197）。
圖1
本篇文獻作者Arjan W. Kleij教授課題組一直以來致力于構(gòu)建手性的三級，四級碳手性中心，在此作者報道了Co結(jié)合光催化醛的烯丙基化反應，其使用乙烯基取代的環(huán)狀碳酸酯（VCC）作為烯丙基金屬試劑的替代物（圖1c），反應高產(chǎn)率，高dr值得到順式1,3-二醇類化合物（圖2）。
圖2
作者使用1a，2a作為模板底物對配體和光催化劑進行了篩選（圖3），最終選擇了DPEphos作為配體，4CzIPN作為光催化劑，以高產(chǎn)率和較高dr值得到目標產(chǎn)物。反應條件中任意缺少一個都無法完成該反應。
圖3
接著作者對底物普適性進行了考察，首先是不同類型的芳基醛（圖4），反應兼容各類供，吸電基的官能團，產(chǎn)率良好至優(yōu)秀，dr值較高，但dr值也受底物影響，帶有吸電基的底物dr值有所下降。還有兩個烷基鏈醛的例子，產(chǎn)率和dr值中等。并成功得到3as的單晶結(jié)構(gòu)。
圖4
接著，作者拓展了環(huán)狀碳酸酯（VCC）上γ位上取代基的種類（圖5），這一類取代基的變化對dr值影響不大，也有良好的產(chǎn)率。此外，作者還實現(xiàn)了克級反應（圖6）。
圖5
圖6
作者提出，反應催化循環(huán)由單電子轉(zhuǎn)移開啟，使得Co(II)生成Co(III)烯丙基物種，第二個SET產(chǎn)生親核性Co（II）-烯丙基中間體（圖7，ACS Catal. 2021,11, 2992?2998），該中間體通過Zimmerman-Traxler六元環(huán)過渡態(tài)與醛反應。
圖7
為了深入了解反應機理的第一步，即激發(fā)態(tài)的猝滅，作者使用熒光法和與時間相關的單光子計數(shù)（TCSPC）進行了Stern-Volmer分析。結(jié)果是，使用HE和[Co（DPEPhos）Cl2]可以有效地淬滅，而反應中沒有其他成分可以淬滅熒光（圖8-b）
圖8
由于醛上取代基的電性對dr值影響較大，于是作者做了芳基醛對位取代基的Hammit圖（圖8-c）。圖中可以觀察到明顯的負增長趨勢，即給電子基團越強則促進順式異構(gòu)體的產(chǎn)生，而對于吸電子基團這種作用有所減弱了。與先前的研究相反，這一反應的dr值不受底物控制，是通過Zimmerman-Traxler過渡態(tài)誘導的Z構(gòu)型的烯丙基中間體形成的，醛的苯基取代基優(yōu)先處于e鍵（圖9）。
圖9
圖10中，通過一號實驗，在沒有二醇生成的情況下，也能有優(yōu)秀的dr值，排除了苯環(huán)上甲氧基與羥基形成分子內(nèi)氫鍵使得dr值高的這一理由。二號實驗利用烯丙基環(huán)氧作為底物，產(chǎn)率<10%,說明環(huán)氧并不是其中間體。三號實驗加入自由基捕獲劑，發(fā)現(xiàn)并未影響產(chǎn)率，作者以此排除了通過自由基形成二醇的路徑。四號實驗作者使用甲基取代的VCC，得到反式的二醇產(chǎn)物，作者推斷這是由于甲基的位阻小于羥甲基，而苯基位阻大于羥甲基，因此得到的構(gòu)型相反。
圖10
總結(jié)：作者發(fā)展了Co/有機光催化的醛的烯丙基化反應，得到四級碳中心的1,3-二醇，該方法為使用雙重金屬/光催化方法擴大了范圍，有效合成具有擁擠立體中心的化合物。
文章鏈接：doi.org/10.1002/anie.202103479
