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浙江大學(xué)史炳鋒、林旭鋒團隊Angew: 雙芳基軸手性骨架的不對稱合成

來源:化學(xué)加(ID:tryingchem)      2019-04-17
導(dǎo)讀:近日,浙江大學(xué)化學(xué)系史炳鋒、林旭鋒團隊首次報道了Pd和螺環(huán)手性磷酸陰離子配體催化的芳香族化合物不對稱C-H鍵烯烴化反應(yīng),能以優(yōu)良的收率和不對稱選擇性得到雙芳基軸手性喹啉衍生物,重慶大學(xué)的藍宇教授課題組提供了計算化學(xué)支持。該成果發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.(DOI:10.1002/anie.201902126)。

雙芳基軸手性化合物(特別是含氮雜芳烴的軸手性化合物)廣泛存在于具有生物活性和藥理活性的化合物中。因此,開發(fā)構(gòu)建雙芳基軸手性化合物的新方法一直是研究人員努力追求的目標(biāo)。其中,通過過渡金屬催化鄰位C-H鍵官能團化構(gòu)建軸手性結(jié)構(gòu)的方法表現(xiàn)尤為突出,且該方法得到了廣泛的應(yīng)用。限制該方法的兩個主要原因是:1)競爭背景反應(yīng)和C-H鍵活化所需的高溫易導(dǎo)致產(chǎn)物消旋;2)選擇合適的能同時控制反應(yīng)活性和立體選擇性的手性配體是極其困難的。因此,尋找合適的配體成為大家關(guān)注的重點。

2000年,Murai課題組報道了[Rh(coe)2]2和手性二茂鐵基絡(luò)合物[(R),(S)-PPFOMe]催化不對稱的雙芳基C-H鍵烷基化反應(yīng)。關(guān)于該催化體系的報道只有一例,且不對稱選擇性較低(Scheme 1a)。2014年,余金權(quán)課題組報道了Pd(OAc)2和單保護的氨基酸共同催化C-H鍵發(fā)生碘化反應(yīng)構(gòu)建雙芳基軸手性骨架(Scheme 1a)

受到余金權(quán)課題組工作的啟發(fā),史炳鋒課題組報道了Pd(OAc)2和叔亮氨酸共同催化雙芳基醛的C-H鍵官能團化構(gòu)建具有高不對稱選擇性的雙芳基軸手性骨架(Scheme 1b)。該課題的局限在于底物中一定要帶有醛基,這限制了軸手性喹啉衍生衍生物的合成。因此,作者又發(fā)展Pd和螺環(huán)手性磷酸陰離子配體催化不對稱芳香族化合物發(fā)生C-H鍵烯烴化反應(yīng)合成雙芳基軸手性喹啉衍生化合物(Scheme 1c)。

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 (圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

以聯(lián)芳基喹啉衍生物1a和丙烯酸酯1b作為模板底物,作者對該反應(yīng)條件進行反復(fù)篩選,最終得到最佳條件是(Table 1)為:,10 mmol% Pd(OAc)220 mmol%手性磷酸L1作為催化劑,1,4-二氧六環(huán)作為溶劑,在70 ℃條件下反應(yīng)24小時以收率為90%、不對稱選擇性為96%獲得目標(biāo)產(chǎn)物。值得一提的是,之前報道過的催化體系都不太適合該反應(yīng),均以低不對稱選擇性獲得目標(biāo)產(chǎn)物。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

在最優(yōu)條件下,作者考察了該反應(yīng)的底物范圍(Table 2)。一系列不同取代的聯(lián)芳基喹啉衍生物均能很好的適應(yīng)反應(yīng)條件。2'-位取代基位阻越大,相應(yīng)的對映選擇性會有所提高。值得一提的是,帶有吸電子取代基的底物通常比帶給電子取代基的底物的反應(yīng)性低,但其對映選擇性不受電子效應(yīng)的影響。各種取代的丙烯酸酯也能很好的適應(yīng)反應(yīng)條件,可以得到收率和不對稱選擇性均較高的相應(yīng)產(chǎn)物。令人高興的是,各種取代的苯乙烯也具有良好的耐受性,得到相應(yīng)產(chǎn)物的收率和不對稱選擇性均較高。

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 (圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

   為了更好的闡明反應(yīng)機制,作者又進一步做了一些控制實驗(eq 1)。在標(biāo)準條件下,加入絡(luò)合物L1KIE值為5.63,而不加絡(luò)合物L1KIE值為4.93。這說明C-H鍵斷裂是限制該可逆反應(yīng)的關(guān)鍵步驟。同時可以觀察到3aee值與L1呈線性關(guān)系,說明絡(luò)合物對不對稱選擇性起著至關(guān)重要的作用。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

緊接著,作者做了密度泛函理論(DFT)計算,計算結(jié)果表明手性磷酸鹽作為緩沖離子對來穩(wěn)定Pd,醋酸鹽作為堿參與CMDC-H鍵的活化。同時,通過計算闡明了生成S構(gòu)型產(chǎn)物的原因(Figure 2)。

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 (圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

四氫喹啉衍生物廣泛存在于眾多生物活性天然產(chǎn)物和藥物中,所以作者緊接著對模板產(chǎn)物進行還原反應(yīng),以98%的收率和96%的不對稱選擇性獲得手性四氫喹啉衍生物(eq 2)。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

小結(jié):史炳鋒、林旭鋒團隊報道了Pd(II)/STRIP催化體系催化芳香族化合物的不對稱C-H鍵烯烴化反應(yīng),能以優(yōu)良的收率和不對稱選擇性得到雙芳基軸手性喹啉衍生物。該報道極大地豐富了不對稱C-H鍵烯烴化反應(yīng)的催化策略。

撰稿人:暖冬


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