金屬催化烯烴不對(duì)稱氫化是制備制備光學(xué)活性化合物最有效的方法之一。這一領(lǐng)域絕大多數(shù)是由手性膦配體支持的貴金屬占主導(dǎo)地位。但貴金屬的含量及價(jià)格限制了其工業(yè)應(yīng)用。鐵，作為地球上最豐富的過渡金屬，價(jià)格低廉，具有生物相容性，而且具有環(huán)境友善。然而，由于缺乏合適的手性配體，鐵催化的不對(duì)稱烯烴氫化反應(yīng)具有很大的挑戰(zhàn)性。近年來，鐵催化烯烴高對(duì)映選擇性氫化反應(yīng)尚未見報(bào)道。作者認(rèn)為尋找或設(shè)計(jì)高效的手性配體或合適的催化體系是解決這一問題的關(guān)鍵。浙江大學(xué)陸展教授課題組致力于豐富金屬催化劑的手性配體設(shè)計(jì)，近日，作者設(shè)計(jì)了一種基于喹啉的N,N,N三齒手性配體，用于鐵催化的1,1-二取代烯烴的微功能化高對(duì)映選擇性加氫反應(yīng)。其研究成果發(fā)表在JACS上。
作者開始使用噁唑啉亞胺吡啶鐵配合物時(shí)發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)雖然可以進(jìn)行，但存在幾個(gè)問題: (1)異構(gòu)化反應(yīng)得到難以去除的三取代烯烴; (2)反應(yīng)的對(duì)映選擇性適中; (3)轉(zhuǎn)化的重現(xiàn)性也是一個(gè)問題。為了克服這些問題，作者提出了一種新的8-噁唑啉亞氨基喹啉(8-OIQ)配體，其中以喹啉骨架代替吡啶。下圖概述了8-OIQ配體及其鐵配合物的合成。
鐵催化氫化反應(yīng)在氫硅烷存在下順利進(jìn)行。此外，乙腈已是一種有效的提高選擇性的添加劑。對(duì)手性催化劑的篩選作者表示Le為最佳配體得到轉(zhuǎn)化率>99%和99%ee。在不含乙腈的條件下，反應(yīng)可以順利進(jìn)行，但異構(gòu)化產(chǎn)物占35%，說明乙腈對(duì)異構(gòu)化副反應(yīng)有抑制作用。沒有氫硅烷反應(yīng)不會(huì)發(fā)生。在無H2條件下反應(yīng)能夠進(jìn)行，說明氫硅烷可以促進(jìn)加氫反應(yīng)，但效率較低。
隨后作者考察了底物的適用范圍。所有反應(yīng)均可在12h內(nèi)完成，苯環(huán)上的富電子和貧電子取代基，如醚、硅醚、烷基、氨基、 Bpin、硫醚和鹵化物，均可耐受。由于空間位阻效應(yīng)，烯烴與鄰甲氧基苯基的反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，但ee稍低。多環(huán)化合物和雜環(huán)化合物，如萘基(1o)、吲哚(1p)和吡啶(1q)也可以兼容。含有線性和分支純脂肪族側(cè)鏈(1r-1x)和苯基(1y)的烯烴易于轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的產(chǎn)物，其ee為88-98%。外環(huán)烯烴的不對(duì)稱氫化可以得到90% ee。含薄荷醇、冰片、金剛烷、香葉醇和松油醇的底物反應(yīng)進(jìn)展順利得到95-97%ee。壬基1,1-二取代烯烴的高對(duì)映選擇性加氫反應(yīng)仍然是不對(duì)稱烯烴氫化中的一大挑戰(zhàn)。鐵催化的壬基不對(duì)稱氫化可以轉(zhuǎn)化為壬基手性烷烴2ai，轉(zhuǎn)化率為42%，ee為54%。
為了展示這種轉(zhuǎn)化的實(shí)用性，在3 mol%催化劑存在下順利地進(jìn)行克級(jí)反應(yīng)，產(chǎn)率為98% ，ee為98%。含兩種不同的碳碳雙鍵1aj可以以95%，93% ee得到2aj，其中三取代烯烴不受影響。
作者隨后進(jìn)行了一系列氘標(biāo)記實(shí)驗(yàn)。d1-1a的反應(yīng)得到d1-2a，沒有任何氘原子損失（eq 1），這表明α-亞甲基沒有參與反應(yīng)。然后，d2-1a的反應(yīng)得到d2-2a（eq 2），失去了烯烴末端位置上的少量氘原子。接下來使用D2的反應(yīng)得到d3-2a，在芐基和甲基位置上有少量氫原子（eq 3）。使用氘硅烷進(jìn)行反應(yīng)，得到d4-2a，在芐基和甲基位置上有少量的氘原子（eq 4）。這些表明氫硅烷可能作為氫源來源參與催化循環(huán)。在氘硅烷與氫氣的反應(yīng)中觀察到H-D交換現(xiàn)象，這表明鐵催化劑可能與氫硅烷和氫發(fā)生氧化加成或σ鍵復(fù)分解生成另一種鐵催化劑（eq 5）。使用固體腈（3-甲氧基芐腈）作為添加劑代替MeCN，反應(yīng)順利進(jìn)行并且可以回收3-甲氧基芐腈（eq 6）。
根據(jù)氘標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)資料，作者提出了一種可能的機(jī)制。在NaBHEt3存在下生成鐵氫化物A的方法。通過烯烴配位和與A的插入反應(yīng)，得到了1,2-插入的鐵烷基物種B。B與氫硅烷經(jīng)過σ-鍵復(fù)分解得到手性烷烴產(chǎn)物和與H2反應(yīng)得到的鐵硅基物種C，通過σ-鍵復(fù)分解得到A。不能排除B與氫發(fā)生σ-鍵復(fù)分解的可能性。MeCN的作用可能是阻止2,1-插入，也可能是通過2,1-插入抑制β-氫化物消除鐵中間體生成三取代烯烴。
總結(jié)一下，作者首次報(bào)道了鐵催化的烯烴高對(duì)映選擇性氫化反應(yīng)。設(shè)計(jì)合成了新型手性N，N，N-三齒配體及其鐵配合物。氫硅烷和乙腈是提高加氫反應(yīng)活性和選擇性的有效添加劑。該方法使用1個(gè)大氣壓的氫氣，操作簡單，具有良好的官能團(tuán)容忍性。通過氘標(biāo)記實(shí)驗(yàn)提出了一個(gè)初步的機(jī)理。
