【人物与科研】浙江师范大学彭勃课题组JACS：芳基高价碘的不对称[3,3]-重排反应

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导语

[3,3]-重排是有机化学中发展较为成熟的反应类型。不少人名反应都经历了这一过程。传统的重排化学专注于相对稳定的“重排前体”，注重对重排条件的探索，对“非稳定重排前体”的研究较少。然而“非稳定重排前体”潜在的结构多样性及独特性，可能赋予其独特的化学反应性。近日，浙江师范大学彭勃课题组借助他们前期发展的“组装/脱质子”策略，构建手性“非稳定重排前体”，发展了芳基高价碘与手性噁唑啉的不对称重排反应，建立了不对称重排的新模型。相关成果在线发表于J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6884。

彭勃课题组简介

课题组成立以来，一直从事芳烃重排化学的研究，建立了“组装/脱质子”型的芳烃重排反应模型，揭示了芳烃重排化学中的“张力效应”和“氟效应”，由此发展了一系列非传统的芳烃重排反应。目前，在课题组发表学术论文20余篇，代表作包括： JACS. 2017, 139, 4211; ACIE. 2018, 57, 9078; ACIE. 2019, 58, 5316; ACIE. 2019, 58, 5956; ACIE. 2019, 58, 17210; JACS. 2020, 142, 6884; Chem. Sci., 2020, 11, 3048。

课题组主页：

http://sky.zjnu.edu.cn/2014/0127/c4853a85463/page.htm
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彭勃教授简介

彭勃，浙江师范大学化学与生命科学学院教授。2004年本科毕业于南京理工大学。2004年至2010年在大连理工大学攻读博士学位（导师：包明教授）。2011年至2014年，先后在德国马普煤炭研究所和美国伊利诺伊大学香槟分校，从事博士后研究工作。2015年被浙江师范大学聘为教授。入选浙江省“钱江学者”特聘教授、浙江省“万人计划”青年拔尖人才、浙江省“院士结对培养青年英才计划” 和浙江省新世纪151人才工程第一层次。此外，获得浙江省杰出青年基金以及Thieme Chemistry Journals Award。

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前沿科研成果

芳基高价碘的不对称[3,3]-重排反应

芳基高价碘具有独特的氧化性，在有机合成中，常被用作氧化剂、亲电性芳烃以及催化剂。反应后，芳基碘或者碘原子通常被舍弃。与传统的高价碘化学不同，芳基高价碘参与的[3,3]-重排反应可以直接实现芳基高价碘邻位C-H键的官能团化，且碘原子保留到产物，利于产物的衍生化。尽管这一领域在过去30多年时间里得到较大发展，但反应依然面临底物受限和反应模式单一的问题（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.201908418）。解决该领域底物适用范围窄的问题，甚至是发展不对称重排过程，成为该领域的一大挑战。

2017年，彭勃课题组报道了芳基亚砜与烷基腈的[3,3]-重排反应（图1, eq 1）。通过机理研究，他们发现该反应经历了三个阶段，包括：两个原料“组装”形成亚胺硫鎓盐中间体；中间体被碱“脱质子”形成烯酮亚胺硫鎓盐中间体；这一中间体自发“重排”，再经历芳构化，实现整个芳基亚砜的[3,3]-重排过程。由此，他们建立了“组装/脱质子”的重排反应模式。这一分步骤构建“非稳定重排前体”的方式，实现了对反应过程的精准控制，为发展基于“非稳定重排前体”的重排化学提供了新思路。随后，该课题组借助“组装/脱质子”策略，进一步发展了芳基亚砜与烯丙基腈的高选择性[5,5]-重排反应，实现了芳基亚砜的对位C-H键官能团化（图1, eq 2）。由此，借助“组装/脱质子”策略，他们实现了对重排反应区域选择性的控制。试想，能否通过该策略，实现对重排反应立体选择性的控制呢（图1, eq 3）？例如，以芳基高价碘与手性亚胺为原料，同样通过“组装”、“脱质子”、“重排”的过程，能否实现芳基高价碘的不对称[3,3]-重排反应呢（eq 3）？

图1. 课题组前期工作（eqs 1 and 2）、研究设想（eq 3）

（来源：Journal of the American Chemical Society）

令人兴奋的是，通过亲核试剂的筛选，他们发现噁唑啉适用于这一过程（图2）。进一步对一系列手性辅基进行考察（反应的产率以及立体选择性），可以确认异丙基为最优辅基。在最优条件下，该反应展现出优异的官能团兼容性，底物适用范围较广。传统芳基化反应中不易兼容的卤代烷烃、卤代芳烃、α,β-不饱和酯等官能团，特别是高亲电性的苄基氯，都可以兼容下来。此外，反应普遍展现出优异的立体选择性。

图2. 反应的探索和代表性底物

（来源：Journal of the American Chemical Society）

通过理论计算，他们提出了可能的反应机理（图3）。反应经历了预期的三个阶段，包括“组装”、“脱质子”、“重排”。尤为重要的是，反应立体选择性并非源于重排步骤，而是源于“组装”和“脱质子”步骤。这一发现表明，“组装/脱质子”过程在构建手性“非稳定重排前体”中的重要性。

图3. 反应可能的机理

（来源：Journal of the American Chemical Society）

该项研究借助课题组前期发展的“组装/脱质子”策略，实现了芳基高价碘的不对称重排，建立了“组装/脱质子”型不对称重排反应模型，为重排化学的发展以及羰基化合物的不对称α-芳基化，提供了新的思路。相关结果发表在：J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6884。浙师大硕士研究生田俊松、罗凡，为本论文共同一作。中国科学院大学的汪志祥研究员及其课题组研究生良俞辰，完成了理论计算部分的工作。汪志祥研究员为共同通讯作者。研究工作得到了浙江省杰出青年基金（LR20B020001）的资助。

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