
上海有機(jī)所在硅中心螺環(huán)不對稱合成及應(yīng)用方面取得進(jìn)展
不對稱催化反應(yīng)是高效獲得光學(xué)純化合物的最有效途徑之一。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展,通過新催化體系的建立,已為合成工業(yè)中手性分子合成帶來了技術(shù)革新。新催化體系建立的關(guān)鍵之一是手性配體的發(fā)展和設(shè)計,利用發(fā)展的配體可以實(shí)現(xiàn)過渡金屬催化劑穩(wěn)定性、催化效率和立體選擇性的調(diào)控。設(shè)計合成新穎的手性骨架由于可以從關(guān)鍵平臺分子出發(fā),結(jié)合手性片段和雜原子手性等設(shè)計理念,衍生出不同類型的手性配體庫而受到化學(xué)家的廣泛關(guān)注。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所金屬有機(jī)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王鵬課題組發(fā)展了一類合成手性硅中心螺環(huán) (螺二氫苯并噻咯) 骨架的方法。利用該方法,可以構(gòu)建該手性骨架衍生的關(guān)鍵配體平臺分子 (SPSiOL),并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化得到手性硅螺環(huán)亞磷酰胺配體 (SPSiPhos) (Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202002289)。
在各種手性骨架中,軸手性螺二氫茚骨架已被視為一類“優(yōu)勢手性骨架”,但是碳中心的螺環(huán)骨架合成和改造仍具挑戰(zhàn)。與碳相比,硅的原子半徑更大 (Si vs C: 111 ppm vs 67 ppm),碳硅鍵鍵長更長 (C-Si vs C-C: 1.87 埃米 vs 1.53 埃米),同時硅中心螺環(huán)接近垂直的構(gòu)像亦可能導(dǎo)致螺二氫苯并噻咯相較于碳中心螺二氫茚骨架更加剛性。螺二氫苯并噻咯骨架這些獨(dú)特的性質(zhì)決定了其衍生的手性催化劑或者配體可能具有與碳中心螺環(huán)衍生物不同的反應(yīng)性質(zhì)和手性誘導(dǎo)能力,并為手性配體和催化劑開發(fā)提供新的平臺。然而,目前硅螺環(huán)骨架的不對稱合成鮮有報道 (J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12469; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1520; J. Org. Chem. 2015, 80, 5407)。
利用Rh催化分子內(nèi)雙氫硅化反應(yīng),以 (R,R)-Et-DuPhos或 (R)-QuinoxP作為手性配體,首次實(shí)現(xiàn)了螺二氫苯并噻咯衍生物高效和高立體選擇性合成。隨后,通過該方法可以以10克級規(guī)模、優(yōu)異的收率 (90-99%)、非對映選擇性 (dr = 96:4) 和對映選擇性(ee = 99%)構(gòu)建了配體平臺分子的前體。通過X-ray單晶結(jié)構(gòu)比較發(fā)現(xiàn):硅中心螺環(huán)二酚SPSiOL與碳中心螺環(huán)二酚SPINOL相比,SPSiOL兩個苯環(huán)之間有更大的二面角 (92.2o vs 64.2o), 氧氧間距離更遠(yuǎn) (5.155 埃米 vs 3.439 埃米)。鑒于兩者結(jié)構(gòu)上的顯著差異可能產(chǎn)生不同的反應(yīng)性質(zhì)和手性誘導(dǎo)能力,他們從對映純SPSiOL出發(fā),進(jìn)一步合成了一系列基于螺二氫苯并噻咯骨架的手性亞磷酰胺配體 (SPSiPhos)。初步研究表明,SPSiPhos在Rh催化的氫化反應(yīng)和Pd催化的分子內(nèi)胺芳基化反應(yīng)中都展現(xiàn)出優(yōu)秀的手性誘導(dǎo)能力,驗(yàn)證了螺二氫苯并噻咯骨架在不對稱催化中的潛力。該工作首次提出使用硅螺環(huán)作為手性骨架設(shè)計手性配體和催化劑,為進(jìn)一步研究手性硅螺環(huán)結(jié)構(gòu)在不對稱催化中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
文章的第一作者為碩士研究生常鑫。上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院和上海有機(jī)所的資助。

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