羰基化合物的烯丙基化反應(yīng)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(guān)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(dāng)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(yīng)，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(huì)帶來(lái)金屬試劑的浪費(fèi)，不符合原子經(jīng)濟(jì)性。因此，設(shè)計(jì)一種催化的方法，通過(guò)簡(jiǎn)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(jià)值的。在烯丙基化反應(yīng)中，羥甲基烯丙基化和叔-（羥基）異戊烯化超越了簡(jiǎn)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(jí)醇反應(yīng)，高產(chǎn)率，高ee值和dr值得到一級(jí)醇α位的烯丙基化反應(yīng)（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(diǎn)：這些反應(yīng)需要三倍過(guò)量的烯丙基前體，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)和昂貴的銥催化劑（圖1）。
為了改善上述反應(yīng)條件，有一些更為廉價(jià)的過(guò)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(lái)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(xiàn)作者Arjan W. Kleij教授課題組一直以來(lái)致力于構(gòu)建手性的三級(jí)，四級(jí)碳手性中心，在此作者報(bào)道了Co結(jié)合光催化醛的烯丙基化反應(yīng)，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(yīng)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(duì)配體和光催化劑進(jìn)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(biāo)產(chǎn)物。反應(yīng)條件中任意缺少一個(gè)都無(wú)法完成該反應(yīng)。
圖3
接著作者對(duì)底物普適性進(jìn)行了考察，首先是不同類型的芳基醛（圖4），反應(yīng)兼容各類供，吸電基的官能團(tuán)，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(gè)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(duì)dr值影響不大，也有良好的產(chǎn)率。此外，作者還實(shí)現(xiàn)了克級(jí)反應(yīng)（圖6）。
圖5
圖6
作者提出，反應(yīng)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(gè)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(guò)Zimmerman-Traxler六元環(huán)過(guò)渡態(tài)與醛反應(yīng)。
圖7
為了深入了解反應(yīng)機(jī)理的第一步，即激發(fā)態(tài)的猝滅，作者使用熒光法和與時(shí)間相關(guān)的單光子計(jì)數(shù)（TCSPC）進(jìn)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(yīng)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(duì)dr值影響較大，于是作者做了芳基醛對(duì)位取代基的Hammit圖（圖8-c）。圖中可以觀察到明顯的負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，即給電子基團(tuán)越強(qiáng)則促進(jìn)順式異構(gòu)體的產(chǎn)生，而對(duì)于吸電子基團(tuán)這種作用有所減弱了。與先前的研究相反，這一反應(yīng)的dr值不受底物控制，是通過(guò)Zimmerman-Traxler過(guò)渡態(tài)誘導(dǎo)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(guò)一號(hào)實(shí)驗(yàn)，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(hào)實(shí)驗(yàn)利用烯丙基環(huán)氧作為底物，產(chǎn)率<10%,說(shuō)明環(huán)氧并不是其中間體。三號(hào)實(shí)驗(yàn)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(guò)自由基形成二醇的路徑。四號(hào)實(shí)驗(yàn)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(jī)光催化的醛的烯丙基化反應(yīng)，得到四級(jí)碳中心的1,3-二醇，該方法為使用雙重金屬/光催化方法擴(kuò)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
