【人物与科研】中科院理化所丛欢课题组：蒽光二聚体骨架衍生的单膦配体应用于钯催化偶联反应

导语

设计新型配体是过渡金属催化反应发展中一个经久不衰的研究主题，因为配体可以通过调整金属中心的性质，从而使催化剂具有高效选择性和广泛的底物适用范围。蒽[4+4]光二聚反应尽管研究历史悠久，但合成应用仍较欠缺，蒽[4+4]光二聚体独特的结构用于新型配体设计尚未报道。近日，中科院理化所丛欢课题组结合前期利用蒽[4+4]光二聚体合成共轭大环的研究基础（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 11144; Angew .Chem. Int. Ed. 2019, 58, 3943），在设计新型单膦配体应用于钯催化偶联反应方面取得了新进展（Org. Lett. 2019, DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02414）。

课题组合影

丛欢研究员简介

丛欢，2006年本科毕业于北京大学（导师：席振峰院士），2011年获美国波士顿大学博士学位（导师：John A. Porco教授），2011年至2015年先后于麻省理工学院及加州理工学院从事博士后研究（导师：Gregory C. Fu教授），2015年入职中国科学院理化技术研究所开展独立研究工作。研究方向为功能有机分子的光化学合成，获德国“Thieme Chemistry Journals Award”（2017）和基金委“优秀青年基金”（2019）等学术荣誉。

前沿科研成果

蒽光二聚体衍生的单膦配体应用于钯催化偶联反应

在目前已发表的配体中，单膦配体对钯催化的偶联反应特别有效，其特点是磷原子上需要位阻较大的取代基，以提高催化剂的稳定性，并促进催化循环的还原性消除步骤。作者利用蒽[4+4]光二聚体刚性骨架，设计出新型含蒽光二聚体的单膦配体，并且合成步骤简单，由商业化原料经由两步合成了一种对空气稳定的单膦配体diAnthPhos（图1）。

图1. 部分单膦配体和单膦配体diAnthPhos的制备过程

（来源：Org. Lett.）

作者将Pd G4二聚体和单膦配体diAnthPhos作为催化剂，选用代表了不同杂环结构和电子密度的1-苄基吡唑、4-溴喹啉和5-溴-2-氨基嘧啶作为底物进行Miyaura硼化反应，来评价配体的实用性（图2）。结果显示，diAnthPhos与PdG4二聚体络合后，能够在低催化剂负载（0.5 mol% Pd）条件下有效促进三种底物的硼化反应。值得注意的是，与已经发表的磷原子上含有更多的供电子和空间位阻较大的烷基取代基的配体相比，diAnthPhos具有更好的催化效果。这些结果说明了独特刚性结构的蒽光二聚体配体设计的有效性。

图2. 通过配体评价优化反应

（来源：Org. Lett.）

为了明确表征含配体diAnthPhos的Pd预催化剂，作者将得到的单晶用于X射线晶体学分析（图3）。作者观察到Pd(II)的中心呈略微扭曲的平面四边形，磷原子与钯原子结合，和钯原子及氮原子成反式结构。diAnthPhos的构象为它的两个苯基取代基远离庞大的蒽光二聚体骨架。

图3. 预催化剂diAnthPhos-Pd G4 的X射线晶体结构（ORTEP）

（来源：Org. Lett.）

通过对底物的拓展（图4），作者发现多种常见的杂环均可以高产率得到目标硼化产物，显示该反应具有优良的杂环底物兼容性。

图4. 底物拓展

（来源：Org. Lett.）

随后，作者对药理活性分子的关键中间体进行合成，发现在标准条件下都能以较高的产率得到硼化产物（图5）。

图5. 合成应用于药理活性分子

（来源：Org. Lett.）

进一步研究发现，diAnthPhos不仅可以催化杂环底物的Miyaura硼化反应，而且经过对标准条件稍加修改（溶剂或碱）就能够进行钯催化的Suzuki-Miyaura偶联、Negishi偶联和羰基α位偶联反应（图6）。

图6. diAnthPhos在钯催化偶联反应中的应用

（来源：Org. Lett.）

利用Pd-diAnthPhos催化体系可以实现不同杂芳环底物之间碳碳键偶联的一锅Miyaura硼化/Suzuki偶联方法（图7），这进一步证明了单膦配体diAnthPhos的实用性。

图7. diAnthPhos在一锅Miyaura硼化/Suzuki偶联反应中的应用

（来源：Org. Lett.）

该项研究成果近期发表于Organic Letters（DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02414），理化所博士研究生汪鑫和博士后刘伟刚是该文章的共同第一作者。研究工作得到了中国科学院、国家重点研发计划、国家自然科学基金和理化所所长基金的支持。

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