上海有機(jī)所在鎳催化吡啶不對(duì)稱C-H官能團(tuán)化反應(yīng)方面取得進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間:2022-07-27金屬有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室| 【 大 中 小 】【打印】 【關(guān)閉】
吡啶是一類廣泛存在于藥物和天然產(chǎn)物分子中的重要分子骨架,同時(shí)也是重要的有機(jī)合成中間體以及配體結(jié)構(gòu)單元,因此對(duì)吡啶環(huán)進(jìn)行直接轉(zhuǎn)化具有重要意義。吡啶的不對(duì)稱C-H官能團(tuán)化反應(yīng)可以以高步驟經(jīng)濟(jì)性得到手性吡啶,是合成這類產(chǎn)物的理想方法。但是到目前為止,僅有少數(shù)幾例的吡啶不對(duì)稱C-H官能團(tuán)化反應(yīng)報(bào)道,且反應(yīng)僅發(fā)生在吡啶2位,而吡啶4位的不對(duì)稱C-H官能團(tuán)化反應(yīng)還未有報(bào)道。
中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所金屬有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室施世良課題組一直致力于發(fā)展新型手性氮雜環(huán)卡賓配體及其在挑戰(zhàn)性轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用。該組相繼報(bào)道了ANIPE和SIPE系列新型大位阻手性氮雜環(huán)卡賓配體,并應(yīng)用于鎳催化的吡啶(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 5628.)和多氟芳烴衍生物(Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 13433.)的分子內(nèi)不對(duì)稱C-H烷基化反應(yīng)。近期,他們利用這類大位阻的手性氮雜環(huán)卡賓配體首次實(shí)現(xiàn)了吡啶4位的分子間不對(duì)稱C-H官能團(tuán)化反應(yīng)(J. Am. Chem. Soc. 2022, DOI:10.1021/jacs.2c04043. 見圖1)。以反式β取代苯乙烯和吡啶作為原料,可以發(fā)生高效的、100%原子利用率的氫芳基化反應(yīng),以優(yōu)秀的區(qū)域選擇性(大于98/2 rr)和對(duì)映選擇性(高達(dá)97% ee)得到一系列手性烷基吡啶。該方法具有良好的底物適用性,苯乙烯底物苯環(huán)上可以兼容各類烷基、烷氧基以及嗎啉、哌啶、吡咯等雜環(huán),反應(yīng)均能以優(yōu)秀的區(qū)域選擇性得到馬氏選擇性的產(chǎn)物。2位具有取代基的吡啶以及喹啉均可以順利發(fā)生反應(yīng)。通過開展控制實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)反式烯烴和順式烯烴在反應(yīng)活性和區(qū)域選擇性上存在著較大差異,反式烯烴作為底物時(shí)具有更高的反應(yīng)活性、區(qū)域選擇性以及對(duì)映選擇性。與山東大學(xué)張冬菊教授課題組合作進(jìn)行理論計(jì)算后,作者認(rèn)為這種差別產(chǎn)生的原因是反式烯烴中的芳環(huán)與卡賓配體手性片段中的苯基之間有強(qiáng)的π-π相互作用,致使反應(yīng)活化能更低,且生成R和S構(gòu)型產(chǎn)物的過渡態(tài)能量差更大。同時(shí)理論計(jì)算表明,該反應(yīng)通過配體-配體氫轉(zhuǎn)移機(jī)理發(fā)生,且該步是反應(yīng)的決速步和對(duì)映選擇性控制步驟。該研究工作為吡啶4位的不對(duì)稱C-H官能團(tuán)化反應(yīng)提供了一種高效的方法,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了首例鎳催化的烯烴分子間不對(duì)稱氫芳基化反應(yīng)。

圖1 鎳催化的吡啶對(duì)位不對(duì)稱C-H烷基化反應(yīng)
以上工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院、上海有機(jī)所以及金屬有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力資助。