由于具有獨特的結(jié)構(gòu)和多樣的反應(yīng)性,手性聯(lián)烯廣泛應(yīng)用于有機合成和不對稱催化。此外,150余個天然產(chǎn)物和藥物分子中含有聯(lián)烯結(jié)構(gòu)。因此,發(fā)展簡潔高效的方法合成新型手性聯(lián)烯化合物具有重要意義。
稀土有機Lewis酸具有種類豐富、Lewis酸性強、配位數(shù)多且可調(diào)、配合物穩(wěn)定性好(兼容水和空氣)等優(yōu)點,已被應(yīng)用于催化碳碳、碳雜鍵形成,在不對稱催化中發(fā)揮獨特作用。近日,四川大學馮小明院士團隊發(fā)展了手性雙氮氧/ScIII配合物(馮催化劑)催化炔酮酰胺和二芳基磷氧的不對稱Pudovik加成/[1,2]-Phospha-Brook重排串聯(lián)反應(yīng),合成了一系列新型手性含磷三取代聯(lián)烯化合物(圖一)。
圖一 炔酮酰胺和二芳基磷氧的Pudovik加成/[1,2]-Phospha-Brook重排串聯(lián)反應(yīng)涉及多步轉(zhuǎn)化、兩類區(qū)域選擇性控制(1,2-和1,4-加成以及重排α-或γ-質(zhì)子化),且轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的手性中心影響后續(xù)反應(yīng)立體選擇性控制。因此,反應(yīng)的區(qū)域和立體選擇性控制難度大。作者在條件篩選時發(fā)現(xiàn),稀土離子種類影響反應(yīng)的區(qū)域和對映選擇性,離子半徑小的Lu(OTf)3和Sc(OTf)3主要得到γ-質(zhì)子化產(chǎn)物—聯(lián)烯,鈧(III)的對映選擇性最好。而離子半徑大的La(OTf)3則主要得到α-質(zhì)子化產(chǎn)物。值得提及的是,金屬抗衡離子對反應(yīng)的區(qū)域和立體選擇性有重要影響,把OTf換成氯離子和硫酸根時,反應(yīng)區(qū)域和立體選擇性顯著降低??刂茖嶒烇@示,在反應(yīng)體系中加入硫酸鈉或分子篩等吸水劑時,反應(yīng)基本不發(fā)生。 為了弄清金屬、配體、抗衡離子和水對反應(yīng)的影響,作者與南開大學彭謙教授合作,通過控制實驗和理論計算對反應(yīng)機理進行了研究(圖二)。結(jié)果表明,[1,2]-Phospha-Brook重排是整個催化循環(huán)的turnover-limiting step,γ-質(zhì)子轉(zhuǎn)移為反應(yīng)手性決定步驟??购怆x子與水協(xié)同作用形成的“雙水橋”能夠有效控制質(zhì)子轉(zhuǎn)移的區(qū)域和立體選擇性。此外,反應(yīng)過程中手性雙氮氧配體動態(tài)解離能有效促進[1,2]-Phospha-Brook重排,進一步顯示了手性雙氮氧配體(馮配體)的獨特優(yōu)勢。 圖二 當手性聯(lián)烯產(chǎn)物中酰胺氮上為芳基取代時,在加熱的條件下,會發(fā)生苯環(huán)的分子內(nèi)Diels?Alder反應(yīng)(Himbert反應(yīng)),立體專一性地得到手性多環(huán)化合物(圖三)。 圖三 綜上,馮小明院士團隊實現(xiàn)了手性Lewis酸(手性雙氮氧/ScIII配合物)促進的不對稱Pudovik加成/[1,2]-Phospha-Brook重排,為新型手性聯(lián)烯化合物的合成提供了高效綠色的新路徑。機理研究揭示了水和抗衡離子在區(qū)域和立體選擇性質(zhì)子轉(zhuǎn)移步驟中的協(xié)同作用。 論文信息 Catalytic Regio- and Enantioselective Protonation for the Synthesis of Chiral Allenes: Synergistic Effect of the Counterion and Water Qianchi Lin,Sujuan Zheng,Long Chen,Jin Wu,Jinzhao Li,Peizhi Liu,Prof.?Dr. Shunxi Dong,Prof.?Dr. Xiaohua Liu,Prof.?Dr. Qian Peng,Prof.?Dr. Xiaoming Feng Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202203650