铑催化不对称碳氢键碘化反应构建轴手性1-芳基异喹啉衍生物

▲第一作者：郑冬松      

通讯作者：顾庆，游书力  

通讯单位：华东师范大学庄长恭研究所，中国科学院上海有机化学研究所    

论文DOI：10.1021/acscatal.3c00751     

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全文速览

发展了手性环戊烯基铑催化1-萘基苯并[h]异喹啉和N-碘代丁二酰亚胺的不对称碳氢键碘化反应，该反应可以在温和的条件下进行，能够以最高99%收率和最高97% ee对映选择性构建轴手性碘代1-芳基异喹啉衍生物。值得一提的是，该催化体系同样可以实现不对称碳氢键溴化和氯化反应。轴手性碘代产物可以进行多样性转化，简洁高效地合成了N,P和N,N双齿配体，其中轴手性N,P配体在不对称Buchwald-Hartwig偶联反应中得到应用。

02
背景介绍

1-芳基异喹啉衍生物可以作为手性配体在不对称催化反应中有重要的应用，例如 QUINOL、QUINOX、IAN和QUINAP等均为重要的手性配体。值得注意的是，这些手性配体通常可以利用相应的轴手性芳基卤化物作为前体转化而来。例如，QUINAP可以以1-(2-溴萘基)异喹啉为原料，利用钯催化的偶联反应来合成。除此之外，轴手性的联芳基碘化物本身也可以作为催化剂来催化如不对称氧化去芳构化反应、羰基α-位官能团化反应以及烯烃的双官能团化反应等。目前，过渡金属催化的不对称碳氢键碘化反应主要是通过钯催化实现的。2013年，余金权课题组利用钯/氨基酸催化体系实现了不对称碳氢键碘化反应，以最高85%的产率和99% ee得到一系列二苯甲胺衍生物(J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16344.)。2014年，我们课题组发展了钯催化不对称碳氢键碘化反应，通过动力学拆分的方法构建了系列轴手性联芳基碘化物(ACS Catal. 2014, 4, 2741.)。虽然不对称碳氢键碘化反应已经取得了一定的进展，但是利用不对称碳氢键活化策略来高对映选择性合成轴手性联芳基碘化物依然极具挑战，这也是由于轴手性联芳基碘化物的消旋化能垒相对较低。近年来，手性环戊二烯铑(CpRh)络合物催化的不对称碳氢键官能化反应得到了快速发展，但是铑催化的不对称碳氢键碘化反应构建轴手性分子还未见报道。

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研究出发点

使用基于螺二茚骨架的手性环戊二烯铑催化剂，NIS为碘化试剂，AgNO₃作为攫卤试剂，在Cu(OAc)₂的作用下，实现了1-萘基异喹啉衍生物的不对称碳氢键碘化反应，高效合成了一系列轴手性碘代1-芳基异喹啉衍生物，获得了最高99%收率和97% ee。该反应有很好的底物普适性，反应条件温和。此外，从轴手性碘代产物出发，简洁高效地合成了QUINAP类和N,N双齿配体，其中使用QUINAP类配体，可以实现钯催化的不对称Buchwald-Hartwig偶联反应。相关实验结果发表在ACS Catalysis上。

04
图文解析

通过对反应的溶剂、催化剂、银盐、浓度和温度等条件的考察，发现以(S)-Rh5作为催化剂，AgNO₃作攫卤试剂，Cu(OAc)₂作添加剂，乙腈作溶剂，在40 ºC下进行反应，可以以优秀的对映选择性和收率高效合成一系列轴手性碘代1-芳基异喹啉衍生物，最高获得99%收率和97% ee。该反应底物范围广，能够兼容异喹啉和吡啶导向基，同时该催化体系同样可以实现不对称碳氢键溴化和氯化反应。

我们对碘代产物3aa进行了转化研究。通过Suzuki偶联和Sonogashira偶联，能够以优秀的收率得到对映纯度保持的芳基化产物6 (91% yield, 94% ee)和炔基化产物7 (97% yield, 94% ee)。还通过钯催化的C-P键偶联反应，可以77%收率合成QUINAP类型配体8。除此之外，可以通过Buchwald-Hartwig偶联反应，分别以51%和91%的收率得到双氮配体9和10。

QUINAP类型配体8可以被应用在不对称Buchwald-Hartwig偶联反应中，能够以71%产率和78% ee对映选择性实现IAN类型配体11的合成。

为了深入理解反应机理，我们进行了一些机理实验。通过氘代实验可知，在不加NIS的情况下，回收的原料中有79%的氘代产物生成。但是，在NIS存在下，回收的原料中并无H/D置换现象发生。这表明碳氢键生成的铑络合物中间体的碘代速率要比质子化速率更快。同时，通过动力学同位素效应实验可知，较大的动力学同位素效应 (k_H/k_D = 4.15) 表明了碳氢键断裂可能是整个反应的决速步骤。

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总结与展望

我们首次实现了铑催化不对称碳氢键碘化反应，在温和的条件下能够以优秀的收率(最高可达99%)和对映选择性(最高可达97% ee)构建轴手性1-芳基异喹啉碘代产物。该反应底物范围广，能够兼容异喹啉和吡啶导向基，该催化体系同样可以实现不对称碳氢键溴化和氯化反应。值得注意的是，碘代底物可以进行丰富的转化，实现C-C、C-N和C-P键的构建，以及QUINAP类型配体和双氮配体的合成。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.3c00751

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