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宋秋玲教授课题组Nat. Synth.:不对称催化合成轴手性烯基硼化合物
宋秋玲教授课题组一直致力于有机硼化学的研究,在有机硼化学领域取得了一系列研究进展(如Acc. Chem. Res., 2021, 54, 2298–2312; Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202212740; Nat. Commun., 2022, 13, 2624-2637; ACS Cent. Sci., 2022, 8, 1134-1144; Nat. Commun., 2022, 13, 1748-1760; J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 10048-10053; J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 13124-13134; Nat. Commun., 2022, 13, 3524-3536; Nat. Commun., 2021, 12, 441; Chem, 2020, 6, 2347-2363; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 3294-3299; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 13421-13426; Nature Commun., 2019, 10, 5709.)。近日宋秋玲教授课题组在Nature Synthesis 杂志上报道了在Cu/Pd双催的简单炔烃的芳基硼化反应,实现了对映选择性合成四取代轴手性烯基硼酸酯。该方法具有良好的官能团耐受性、显著的Z / E选择性和优异的对映选择性,同时对非对称炔烃也具有良好的区域选择性,具有极大的应用价值。
作者通过一系列条件优化,确定最优条件后,对一系列底物的兼容性进行了考察(图2、图3)。这种新颖的对映选择性炔烃的芳基硼化反应具有广泛的底物范围,不仅适用于对称炔烃,对非对称炔烃也能很好的兼容,而且还可以兼容不同的芳基溴化物。
为了说明该反应出色的官能团兼容性,作者选择了一系列生物活性分子和药物分子衍生的炔烃或芳基溴化物,在标准反应条件下以优异的对映选择性或非对映选择性得到轴手性烯基硼化合物,该方法可成为发现其他生物活性分子的简化途径(图4)。
最后为了进一步体现该轴手性烯基硼化合物在合成上的应用价值和转化价值,作者做了克级制备反应和大量的应用转化反应(图5),对于硼酸酯可以通过偶联反应实现新的C(sp2)-C(sp3) 和C(sp2)-C(sp)键的生成;对于酯基可以通过水解反应,还原反应等转化成新的官能团;对于酮类化合物可以实现Pd催化的分子内环化反应,实现轴手性向中心手性的转化,出色的对映选择性保持和丰富的后期转化将体现出轴手性烯基硼化合物的应用潜力和价值。
作者对反应机理进行了研究,首先通过控制实验(图6a)确定了Cu/Pd双催化的反应机理。随后通过改变手性配体的构型,发现产物的构型也发生改变,说明了手性配体的绝对构型决定产物的绝对构型(图6b)。然后通过非线性关系实验确定了高阶Pd物种存在催化反应的可能性(图6c、图6d),并提出了可能的催化循环(图6e):对于铜催化循环,Cu催化炔烃硼铜化反应生成β-硼基烯基铜I,其中利用芳基的电子效应诱导铜部分加入芳基的α位,从而实现非对称炔烃的区域选择性控制。同时,对于钯催化循环,芳基溴手性L*Pd(0)氧化加成生成芳基Pd(II)中间体II,随后与β-硼基烷基铜I发生转金属化,对映选择性生成中间体III,最后III发生还原消除得到目标产物IV。最后,作者通过热消旋实验确定了轴手性烯基硼化合物的阻旋能垒和半衰期,说明了新颖的轴手性烯基硼化合物具有较高的稳定性,为后续的应用转化提供了必然条件。
总结
宋秋玲教授课题组发展了Cu/Pd双催化促进的由简单炔烃、B2pin2和芳基溴对映选择性合成轴手性烯基硼化合物的方法。该方法采用易于获得的试剂和简单的条件,提供了一个灵活的平台,以构建多样化的轴手性烯基硼化合物,具有高收率、显著的Z/E选择性和良好的对映选择性,对非对称炔也表现出优异的区域选择性。此外,直接的Cu/Pd双催化促进的对映选择性芳基硼化反应与多功能官能团具有良好的相容性,这被广泛的底物范围和生物活性化合物或药物分子的后期修饰所证实,从而为具有优异的Z/E选择性、对映选择性和区域选择性的炔烃功能化合成四取代烯烃开辟了新的途径。同时,轴手性烯基硼化合物的多样化转化表明轴手性烯基硼化合物在合成具有新颖结构的多功能轴手性化合物方面具有巨大潜力。最后,机理实验揭示了Cu/Pd双催化循环的可能反应机理。
该研究成果近期发表在Nature Synthesis 杂志上,论文通讯作者为福州大学宋秋玲教授,第一作者为福州大学博士生李汪洋,硕士研究生陈上琳、谢金辉等做了重要贡献。
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导师介绍宋秋玲https://www.x-mol.com/groups/song_qiuling
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