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我院精准合成与分子活化团队近期取得重要进展

发布者:曹凯超  发布时间:2021-09-09 15:16:49  浏览:

(一)在过渡金属催化不对称碳氢键活化方面取得重要进展

轴手性化合物广泛存在于天然产物,药物分子和功能材料之中,并作为优势手性配体和催化剂应用在不对称催化领域中。近些年来,化学家们开发了许多高效的合成方法来构建轴手性化合物,其中过渡金属催化的不对称碳氢键官能团化反应也逐步发展成为合成轴手性化合物的高效方法,而芳烃的C-H 芳基化是其中最直接的方法。然而,已报道实例中芳基试剂来源仅限于几类反应性和体积大的试剂。针对这一问题,精准合成与分子活化团队李兴伟教授课题组报道了铑催化的二芳基膦酰胺和二芳基乙炔的 1:2 偶联,用于对映选择性和非对映选择性构建具有P-中心和轴手性的联芳基化合物。该反应以炔烃为芳基化试剂,并能在温和条件下进行。这种经过两次 C-H 活化的反应与之前报道的 Miura-Satoh 型 1:2芳烃和炔烃在化学选择性方面形成对比。

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在优化条件下,对底物范围进行了考察,各种取代的二芳基乙炔和膦酰胺衍生物都能良好兼容,以中等到良好的收率和高的对映选择性得到相应的轴手性化合物。同时还利用单晶衍射确定了产物的绝对构型。

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通过机理探究实验,提出了如下的反应机理:首先,CpxRhCl2与CyCOOH作用形成了催化物种CpxRh(OCOCy)2,然后经CMD对邻位C-H 键活化得到五元的铑环B。随后B与炔烃配位并进行迁移插入,从而提供了七元的铑环C。C通过顺反异构化得到中间体D, 接下来对炔烃芳基进行二次碳氢键活化得到五元铑环E, E和第二分子炔烃再次配位并迁移插入得到的七元铑环F通过最后的还原消除得到产物3和CpxRh(I), CpxRh(I)被氧化后再生活性催化剂,完成催化循环。

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研究表明,二芳基乙炔作为芳基化试剂,实现了膦酰胺的对映选择性芳基化反应,通过对膦酰胺和二芳基乙炔中C-H键的双重活化能够立体专一地合成具有P-中心手性和轴手性的联芳基化合物,具有反应条件温和,对映选择性高和较好的非对映选择性等优点。所合成的轴手性化合物能通过后续转化合成单齿膦配体,并在不对称催化反应中具有良好的反应性和对映选择性。

该成果发表在《德国应用化学》期刊(Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/ange.202106871),论文第一作者为云顶4008备用网站博士研究生胡盼杰博士,通讯作者为云顶4008备用网站李兴伟教授与王芬副研究员。(论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202106871

 (二)利用偶联试剂的动态动力学转化构建同时具有轴手性和中心手性的化合物

联芳基轴手性骨架(axial-chiral biaryls)是一类非常重要的结构单元,广泛存在于活性天然产物、药物分子、材料以及手性催化剂和配体中。因此,发展简洁、高效的合成该类化合物的通用方法具有非常重要的研究意义。近年来,过渡金属催化的不对称碳氢键活化策略在手性化合物的高效合成中取得了巨大的进展。然而,不对称碳氢键官能化反应主要集中于单一手性中心的产生,同时构建具有多个手性中心的策略更加具有吸引力也更具挑战性。迄今为止,利用不对称碳氢键活化策略同时构建双手性化合物常见于芳烃碳氢键活化后对烯烃的立体选择性插入,从而产生具有两个相邻手性中心的分子;或者是碳氢键官能化产生第一个手性中心进而诱导第二个手性中心产生;亦或者可通过芳烃的去对称化形成第一个手性中心,随后碳氢键官能化产生另一个手性中心这些反应的共同特点是两个手性中心以相互关联方式产生的。因此,当两个手性中心之间远离且没有相互作用时,在单一反应中使用相同的手性催化剂产生两个手性中心是极具挑战性的。


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为了解决这一难题,李兴伟课题组提出了一种新的催化策略,其基本原理是在催化循环中兼容两个不同的立体决定步骤。在手性三价铑催化下,以较为温和的条件实现了不同炔烃与氮原子上带有不同官能团硝酮的[3+2]环化反应,构建了三种不同类型的不对称化合物。(1)氮苄基的硝酮与对称的芳基炔烃、芳基烷基炔烃都能以较高对映选择性得到具有中心手性的茚氨类化合物;(2)氮苄基的硝酮与不同的大位阻炔烃能以优异的对映选择性和较高的非对映选择性得到了一系列具有C-C或C-N轴手性同时具有碳手性中心的茚胺产物;(3)氮叔丁基的硝酮与大位阻炔烃能以较为优异的对映选择性,构建具有C-C轴的手性茚酮化合物。同时该类化合物也可以通过同时具有手性轴和中心的化合物在非常温和的反应条件进一步衍生得到。在该研究做工作中手性茚氨化合物所具有的手性轴和手性中心都是通过手性催化剂控制的。该反应策略可用于高附加值芳烃的合成,也为不对称碳氢键活化的发展提供了新的思路。

该成果发表在《德国应用化学》期刊(Angew. Chem. Int. Ed., 2021,60,16628-16633)。论文第一作者为4008com云顶集团王芬副研究员,李兴伟教授为论文通讯作者。(论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202105093