化学前沿 | 河南大学江智勇课题组Angew. 可见光不对称催化反应新进展 | 自由微信

化学前沿 | 河南大学江智勇课题组Angew. 可见光不对称催化反应新进展

Original 2017-10-17 Huaxuejia 化学加

导读

　近期，河南大学天然药物与免疫工程重点实验室的江智勇教授课题组在国际知名期刊德国应化（Angew. Chem. Int. Ed）上发表高水平文章，报道了他们在可见光促进的不对称催化反应方面的新进展。他们使用自主发展的双氰基吡嗪衍生的发色团（dicyanopyrazine-derived chromophore 即DPZ）作为可见光催化剂，并使用手性胍的四氟硼酸盐作为添加剂，成功发展了可见光诱导的高立体选择性的1,2-二酮不对称还原反应。随后，他们将该催化体系拓展到α-羰基酮亚胺的不对称还原中，取得了良好的产率和立体选择性。文章DOI: 10.1002/anie.201707899。

手性纯的α-羟基酮作为一类重要的骨架广泛存在于许多具有生理活性的天然及非天然产物中，并可作为合成子用于复杂手性化合物的合成。不对称催化还原1,2-二酮是最为直接的制备手性α-羟基酮的方法，但如何解决其立体选择性依然是个挑战。
图 1 背景及本文的设计
如图1A所示，Willner等人曾经报道过可见光催化的1,2-二酮的还原，经自由基和碳负离子两步还原，再质子化就得到α-羟基酮。本文的设计思路如图1B所示，当在体系中加入手性布朗斯特酸或碱时，可在质子化过程中控制手性，从而实现不对称的质子化，得到手性的α-羟基酮。
图 2 反应条件的筛选
如图2所示，作者以苯基取代的二酮化合物1a为底物，以 DPZ作为可见光催化剂，以三级胺作碱，蓝灯照射下，对反应条件进行了筛选，发现使用手性胍盐作为布朗斯特酸催化剂克服了该反应中非手性背景反应强、产物易于消旋等难点，成功发展了高立体选择性的1,2-二酮不对称还原反应。最后得到的最佳反应条件是：手性胍盐C3为催化剂，三级胺THIQ-2作碱，氯苯中反应，加入10 mol%的NaBArF，能以92%的产率和91%的ee得到产物2a(entry 13)。
图 3 1,2-二酮还原的底物扩展
有了最佳反应条件，作者对底物进行了扩展，如图3所示，对于对称的1,2-二芳基取代的二酮化合物，无论苯环上带有给电子基还是吸电子基，都能以良好的产率和优良的ee值得到相应的手性α-羟基酮。但对于芳基甲基取代的1,2-二酮，在标准条件下并不能得到目标产物，换作另一个条件：布朗斯特碱C4 (0.01 mmol) 和 N-ethyl-N-phenyl benzylamine (0.2 mmol) 在间溴苯甲醚 m-bromo anisole (3.0 mL) 中零度反应，能以60%的产率和80%的ee值得到产物。
图 4 α-羰基酮亚胺的不对称还原底物扩展
随后，作者还将这一催化体系拓展到α-羰基酮亚胺的不对称还原中，如图4所示，9个同芳基取代的底物都取得令人满意的产率和手性控制结果。但芳基烷基取代的底物5j在同样条件下产率和ee值都偏低。
图 5 反应可能的机理
根据实验结果，作者也提出了可能的反应机理，如图5所示，三级胺THIQ在光照下先对1,2-二羰基化合物还原得到碳自由基7，进一步还原得到碳负离子，而同时手性胍会和氧负形成氢键，胍本身的手性会诱导碳负离子质子化的过程，从而经不对称质子化得到手性的α-羟基酮。
总结：江智勇教授课题组一直从事有机小分子催化领域的研究，并在不对称有机催化及可见光有机催化中取得了重要进展。本文中他们使用自主发展的DPZ作为可见光催化剂，并通过使用手性胍的四氟硼酸盐作为添加剂，成功发展了可见光诱导的高立体选择性的1,2-二酮不对称还原反应。随后，他们将该催化体系拓展到α-羰基酮亚胺的不对称还原中，取得了良好的产率和立体选择性。该研究首次将不对称质子化概念引入可见光不对称催化中，对于可见光催化的不对称反应具有重要的指导意义。