
上海有機(jī)所在鈷催化環(huán)丁烯的不對(duì)稱碳碳鍵形成反應(yīng)方面取得研究進(jìn)展
手性環(huán)丁烷不僅廣泛存在于生物活性分子結(jié)構(gòu)中,而且是有機(jī)化學(xué)中重要的合成子。最直接的和原子經(jīng)濟(jì)性的合成手性環(huán)丁烷的方法之一是金屬催化環(huán)丁烯的不對(duì)稱官能團(tuán)化反應(yīng)。雖然近些年來(lái)金屬催化環(huán)丁烯的不對(duì)稱官能團(tuán)化反應(yīng),尤其是基于碳金屬化過程的碳碳鍵形成反應(yīng)得到很大發(fā)展,但仍然存在僅能引入芳基和?;⒎磻?yīng)模式單一等局限性。環(huán)丁烯由于其烯烴張力遠(yuǎn)小于環(huán)丙烯和橋環(huán)烯烴,通過環(huán)丁烯的不對(duì)稱碳金屬化過程的官能團(tuán)化反應(yīng)是極具挑戰(zhàn)性的。目前該類反應(yīng)僅局限于貴金屬銠催化芳基硼酸或芳香醛的反應(yīng),而發(fā)展利用豐產(chǎn)金屬鈷催化,原位產(chǎn)生sp3雜化或sp雜化的親核試劑與環(huán)丁烯通過碳金屬化過程的不對(duì)稱碳碳鍵形成的新反應(yīng)模式,構(gòu)建一系列多樣化的手性環(huán)丁烷化合物、開發(fā)新基元反應(yīng)是非常必要的。
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)室的孟繁柯課題組一直致力于鈷催化的不對(duì)稱反應(yīng)的研究。在前期的研究中,孟繁柯課題組發(fā)展了一系列鈷催化新型不對(duì)稱反應(yīng)(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 11049 –11053;Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2694–2698;Cell Reports Physical Science 2021, 2, 100406;J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 12755–12765; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 5233–5240; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202205624)。近期,該課題組在探索環(huán)丁烯的不對(duì)稱碳碳鍵形成反應(yīng)過程中,利用手性膦配體,實(shí)現(xiàn)了高烯醇鈷、炔基鈷和烯丙基鈷中間體與環(huán)丁烯的不對(duì)稱碳金屬化反應(yīng),多樣化地構(gòu)建了一系列手性環(huán)丁烷化合物,取得了新的研究進(jìn)展。(J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 3588–3598)
孟繁柯課題組發(fā)現(xiàn),通過環(huán)丙醇開環(huán)原位產(chǎn)生的高烯醇鈷中間體,在膦噁唑啉配體促進(jìn)下,與環(huán)丁烯發(fā)生高效高選擇性地不對(duì)稱烷基化反應(yīng);利用一價(jià)鈷與炔烴的強(qiáng)配位活化端炔的碳?xì)滏I,產(chǎn)生的炔基鈷中間體在富電子手性膦配體的誘導(dǎo)下,實(shí)現(xiàn)了與環(huán)丁烯的不對(duì)稱氫炔基化反應(yīng);而通過烯丙基氟硼酸鉀與富電子膦鈷絡(luò)合物發(fā)生轉(zhuǎn)金屬產(chǎn)生烯丙基鈷中間體,與環(huán)丁烯發(fā)生不對(duì)稱碳金屬化反應(yīng)串聯(lián)1,3-鈷遷移和β-碳碳鍵斷裂反應(yīng),實(shí)現(xiàn)了一類手性1,3-二烯化合物的高選擇性構(gòu)建。通過機(jī)理研究,我們證實(shí)反應(yīng)通過一種全新的基元反應(yīng)1,3-鈷遷移過程。產(chǎn)物經(jīng)過進(jìn)一步轉(zhuǎn)化,合成一系列其它方法很難得到的多官能團(tuán)化的手性環(huán)丁烷和1,3-二烯分子。
此項(xiàng)工作由有機(jī)所博士生梁志坤同學(xué)、王壘同學(xué)、碩士生王宇和王立凡完成。該研究得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、中國(guó)科學(xué)院、上海有機(jī)所和金屬有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力資助。

圖:鈷催化環(huán)丁烯的不對(duì)稱碳碳鍵形成反應(yīng)
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