
上海有機(jī)所在催化不對(duì)稱合成籠手性碳硼烷的研究中取得進(jìn)展
過渡金屬催化的不對(duì)稱反應(yīng)對(duì)于大量合成手性化合物以適應(yīng)醫(yī)藥界對(duì)于手性藥物日益增長(zhǎng)的需要具有重要意義。近幾十年來,出現(xiàn)了大量?jī)?yōu)秀的不對(duì)稱反應(yīng)用于合成手性分子,然而目前尚未有有效的方法應(yīng)用到籠手性碳硼烷領(lǐng)域。十二頂點(diǎn)碳硼烷是由兩個(gè)CH和十個(gè)BH頂點(diǎn)組成的籠狀分子,被視為苯的三維類似物,具有σ芳香性及很好的化學(xué)穩(wěn)定性,在生物醫(yī)藥(硼中子俘獲療法試劑)、有機(jī)光電材料、金屬有機(jī)催化劑等領(lǐng)域有著重要的用途。然而由于不對(duì)稱合成手段的缺乏,在硼籠上實(shí)現(xiàn)手性的研究尚處于簡(jiǎn)單手性拆分的初級(jí)階段,大大限制了其應(yīng)用于藥物化學(xué)、材料化學(xué)及不對(duì)稱催化等“手性”在分子設(shè)計(jì)中占有重要地位的領(lǐng)域。鄰-碳硼烷的CH和BH位點(diǎn)分別位于高度對(duì)稱的二十面體的十二個(gè)頂點(diǎn),而取代基的引入可以降低分子的對(duì)稱性,從而在硼籠上引進(jìn)手性要素。例如,在1-位取代的鄰碳硼烷4-或5-位再進(jìn)行官能團(tuán)化即可構(gòu)建手性分子(圖1)。

圖1.鄰-碳硼烷的手性示意圖
中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所滬港化學(xué)合成聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室謝作偉課題組一直致力于發(fā)展過渡金屬催化選擇性碳硼烷BH位點(diǎn)官能團(tuán)化方法。在前期發(fā)展的鈀催化分子內(nèi)B?H鍵芳基化工作基礎(chǔ)上(J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3502),通過手性拆分及衍生化確定了一對(duì)鄰-碳硼烷分子內(nèi)4/5-位B?H鍵選擇性芳基化產(chǎn)物的絕對(duì)立體構(gòu)型。并利用手性單膦配體(R)-BI-DIME首次實(shí)現(xiàn)了碳硼烷籠手性化合物的高效不對(duì)稱合成,以最高可達(dá)96% ee的對(duì)映選擇性高效構(gòu)建含有新型手性硼籠骨架的分子內(nèi)B?H鍵芳基化-環(huán)化產(chǎn)物(J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b01754)(圖2)。DFT計(jì)算表明在手性催化劑金屬中心對(duì)鄰-碳硼烷不對(duì)稱B?H親電取代的關(guān)鍵反應(yīng)步驟中,S-與R-構(gòu)型過渡態(tài)在能量上有2.0 kcal/mol的差值,在機(jī)理上進(jìn)一步驗(yàn)證了催化過程的立體選擇性。以此為基礎(chǔ),關(guān)于手性硼籠分子的設(shè)計(jì)研究將開啟碳硼烷化學(xué)研究的全新領(lǐng)域。該工作被JACS Spotlights以“Direct Chiral-at-Cage Carborane Construction”為題作了亮點(diǎn)介紹。

圖2.鈀催化不對(duì)稱B-H取代反應(yīng)合成手性硼籠
上述研究工作在謝作偉教授和邱早早副研究員共同指導(dǎo)下完成,期間得到了唐勇研究員、游書力研究員和湯文軍研究員的大力支持和幫助,是滬、港兩地科研人員跨領(lǐng)域積極合作的代表性工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院-香港裘槎基金會(huì)聯(lián)合項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委-香港研究資助局聯(lián)合項(xiàng)目的資助。
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