聯(lián)烯化合物由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),使得其在合成化學(xué)、藥物化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域都有重要用途,因此它的合成一直備受化學(xué)家們的廣泛關(guān)注。近年來,不對(duì)稱金屬催化和有機(jī)催化等方法的快速發(fā)展為手性聯(lián)烯的不對(duì)稱催化合成提供了有效的方法和途徑,但大多數(shù)研究主要集中于線性聯(lián)烯或者1,2-環(huán)外聯(lián)烯的合成;手性1,3-環(huán)內(nèi)聯(lián)烯的高效、高對(duì)映選擇性合成一直是聯(lián)烯合成領(lǐng)域的一個(gè)重要挑戰(zhàn)(圖1a)。尤其是,具有中環(huán)結(jié)構(gòu)的環(huán)內(nèi)聯(lián)烯由于其較大的環(huán)張力和復(fù)雜的手性環(huán)境(中心手性、聯(lián)烯軸手性等)等不利因素,使得其不對(duì)稱催化合成極具挑戰(zhàn)性,迫切需要發(fā)展新的策略用于該類化合物的高效、高選擇性合成。
近日,華中師范大學(xué)的陸良秋教授與肖文精教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種不對(duì)稱偶極環(huán)化/Cope重排序列反應(yīng)策略,為有效構(gòu)建這類手性環(huán)內(nèi)聯(lián)烯骨架提供了新方法。該策略先利用鈀穩(wěn)定的金屬偶極體與烯炔酮類底物發(fā)生催化不對(duì)稱的(3+2)偶極環(huán)化反應(yīng),生成的手性五元環(huán)中間體通過烯炔Cope重排完成擴(kuò)環(huán)反應(yīng),最終成功實(shí)現(xiàn)手性九元環(huán)內(nèi)聯(lián)烯的高效、高對(duì)映選擇性合成(圖1b)。值得一提的是,他們團(tuán)隊(duì)前期發(fā)展的手性磷硫配體對(duì)該串聯(lián)過程的立體選擇性控制和高的反應(yīng)效率起到至關(guān)重要的作用。
圖1 在最優(yōu)條件下,作者對(duì)烯炔酮底物以及乙烯基碳酸酯底物的適用范圍進(jìn)行了考察。結(jié)果表明,對(duì)于不同電性的芳基、雜芳基取代的環(huán)狀烯炔酮以及乙烯基碳酸酯底物,該串聯(lián)反應(yīng)都能得到比較好的結(jié)果;同時(shí),反應(yīng)對(duì)5-7元環(huán)狀烯炔酮和環(huán)狀烯炔酯也有很好的兼容性,都能以高對(duì)映選擇性得到一系列手性環(huán)內(nèi)聯(lián)烯產(chǎn)物(圖2)。 圖2 最后,作者基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及文獻(xiàn)報(bào)道,提出了一個(gè)可能的反應(yīng)機(jī)理(圖3)。為驗(yàn)證該反應(yīng)機(jī)理,作者分離得到了反應(yīng)中關(guān)鍵的五元環(huán)中間體,通過X-射線單晶衍射確認(rèn)了其結(jié)構(gòu)以及乙烯基與炔基順式的相對(duì)構(gòu)型。該中間體能夠在加熱條件下完全轉(zhuǎn)化為最終的九元環(huán)內(nèi)聯(lián)烯產(chǎn)物,為提出的反應(yīng)機(jī)理提供了有力的證據(jù)。 圖3 與此同時(shí),作者通過與鄭州大學(xué)藍(lán)宇教授合作,利用理論計(jì)算對(duì)Cope重排反應(yīng)進(jìn)行了能量分析(圖4)。結(jié)果表明,五元環(huán)中間體中乙烯基與炔基的順式構(gòu)型對(duì)于重排反應(yīng)的發(fā)生是必需的,重排反應(yīng)需要克服的能壘與實(shí)際反應(yīng)所需的加熱條件基本是一致的。 圖4 綜上所述,作者通過巧妙地采用不對(duì)稱偶極環(huán)化/Cope重排序列反應(yīng)策略,成功實(shí)現(xiàn)了一系列手性九元環(huán)內(nèi)聯(lián)烯化合物的高效、高立體選擇性構(gòu)筑,為手性環(huán)內(nèi)聯(lián)烯的不對(duì)稱催化合成提供了新方法和新思路,對(duì)促進(jìn)手性聯(lián)烯合成化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展具有一定的意義。 論文信息 Synthesis of Chiral Endocyclic Allenes by Palladium-Catalyzed Asymmetric Annulation Followed by Cope Rearrangement Bin Shi,Jia-Bin Liu,Ze-Tian Wang,Prof. Liang Wang,Prof. Yu Lan,Prof. Liang-Qiu Lu,Prof. Wen-Jing Xiao Angewandte Chemie International Edition










