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Angew. Chem. :抗衡离子和水协同质子转移在手性联烯合成中的应用

由于具有独特的结构和多样的反应性,手性联烯广泛应用于有机合成和不对称催化。此外,150余个天然产物和药物分子中含有联烯结构。因此,发展简洁高效的方法合成新型手性联烯化合物具有重要意义。


稀土有机Lewis酸具有种类丰富、Lewis酸性强、配位数多且可调、配合物稳定性好(兼容水和空气)等优点,已被应用于催化碳碳、碳杂键形成,在不对称催化中发挥独特作用。近日,四川大学冯小明院士团队发展了手性双氮氧/ScIII配合物(冯催化剂)催化炔酮酰胺和二芳基磷氧的不对称Pudovik加成/[1,2]-Phospha-Brook重排串联反应,合成了一系列新型手性含磷三取代联烯化合物(图一)。

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图一

炔酮酰胺和二芳基磷氧的Pudovik加成/[1,2]-Phospha-Brook重排串联反应涉及多步转化、两类区域选择性控制(1,2-和1,4-加成以及重排α-或γ-质子化),且转化过程中产生的手性中心影响后续反应立体选择性控制。因此,反应的区域和立体选择性控制难度大。作者在条件筛选时发现,稀土离子种类影响反应的区域和对映选择性,离子半径小的Lu(OTf)3和Sc(OTf)3主要得到γ-质子化产物—联烯,钪(III)的对映选择性最好。而离子半径大的La(OTf)3则主要得到α-质子化产物。值得提及的是,金属抗衡离子对反应的区域和立体选择性有重要影响,把OTf换成氯离子和硫酸根时,反应区域和立体选择性显著降低。控制实验显示,在反应体系中加入硫酸钠或分子筛等吸水剂时,反应基本不发生。


为了弄清金属、配体、抗衡离子和水对反应的影响,作者与南开大学彭谦教授合作,通过控制实验和理论计算对反应机理进行了研究(图二)。结果表明,[1,2]-Phospha-Brook重排是整个催化循环的turnover-limiting step,γ-质子转移为反应手性决定步骤。抗衡离子与水协同作用形成的“双水桥”能够有效控制质子转移的区域和立体选择性。此外,反应过程中手性双氮氧配体动态解离能有效促进[1,2]-Phospha-Brook重排,进一步显示了手性双氮氧配体(冯配体)的独特优势。

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图二

当手性联烯产物中酰胺氮上为芳基取代时,在加热的条件下,会发生苯环的分子内Diels?Alder反应(Himbert反应),立体专一性地得到手性多环化合物(图三)。

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图三

综上,冯小明院士团队实现了手性Lewis酸(手性双氮氧/ScIII配合物)促进的不对称Pudovik加成/[1,2]-Phospha-Brook重排,为新型手性联烯化合物的合成提供了高效绿色的新路径。机理研究揭示了水和抗衡离子在区域和立体选择性质子转移步骤中的协同作用。

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


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