用户名:  密码:   
网站首页即时通讯活动公告最新消息科技前沿学人动向两岸三地人在海外历届活动关于我们联系我们申请加入
栏目导航 — 美国华裔教授专家网科技动向科技前沿
关键字  范围   
 
哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
2024/3/18 11:39:23 | 浏览:265 | 评论:0

近日,美国哈佛大学(Harvard University)Eric N. Jacobsen课题组报道了钾-异硫脲-硼酸酯催化,4-取代环己酮与非稳态磷叶立德的不对称Wittig烯基化反应,合成了一系列高度对映体富集的轴手性烯烃。反应中使用的催化剂是一种罕见的大环酰胺-钾-硼酸酯螯合物。动力学实验和光谱分析均表明此催化烯基化反应经历Lewis酸机理,从而在低温条件下形成氧膦烷(oxaphosphetane)加合物。随后,氧膦烷通过热裂解生成烯烃产物。计算研究表明,环加成是通过一个逐步机理进行的,其中包括决定对映选择性的极性1,2-加成,从而获得中间体甜菜碱钾络合物。相关成果发表在J. Am. Chem. Soc.上,文章链接DOI:10.1021/jacs.4c00564。

哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
(图片来源:J. Am. Chem. Soc.)
正文

自Wittig反应首次报道以来,其广泛应用于烯烃的立体选择性合成。利用取代的前手性酮的烯基化可以形成轴手性烯烃产物,一系列通过使用化学计量手性控制因素(共价手性助剂或手性配体)来实现不对称Wittig和Horner-Wadsworth-Emmons反应的方法得到了广泛发展。相反,通过不对称催化来实现Wittig型烯基化并得到轴手性产物的例子却非常罕见。到目前为止,仅有三例报道通过使用Brønsted酸、氢键供体或相转移催化剂以最高75%的ee得到产物。最近,美国哈佛大学Eric N. Jacobsen课题组报道了钾-异硫脲-硼酸酯催化4-取代环己酮与非稳定的磷叶立德的不对称Wittig烯基化反应,合成了一系列高度对映体富集的轴手性烯烃。这一策略的关键是非稳态叶立德所衍生的OPAs(oxaphosphetane)在低温下的稳定性,因为裂解成烯烃的Lewis碱性氧膦副产物很可能是一种强效的催化剂毒化试剂(Scheme 1)。下载化学加APP到你手机,收获更多商业合作机会。
哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃

哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
(图片来源:J. Am. Chem. Soc.)

首先,作者使用4-苯基环己酮1a和磷叶立德2a作为模板底物对反应条件进行了优化(Table 1)。当使用1a(1.0 equiv), 2a(1.5 equiv), K-3f(10 mol%),在甲苯中-78 °C反应24 小时之后室温反应20分钟,可以以73%的产率,92% ee得到相应的烯烃产物5a。
哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃

哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
(图片来源:J. Am. Chem. Soc.)

随后,作者试图阐明配体效应和钾催化剂在此转化中的优越性能。K-3f·THF的X-射线晶体结构分析得出此络合物为一种不寻常的大环螯合物,其中钾离子在酰胺的氧和硼酸酯的氧之间配位(Figure 1A)。这种连接模式与之前在锂-异硫脲-硼酸酯衍生物的X-射线结构中所观察到的五元酰胺-锂-异硫脲螯合物有很大的不同。为了评估这些固态结构的差异以及与相应溶液态结构的相关性,作者测试了M-3f(M = Li, Na, K)的溶液红外光谱,并将其与DFT预测的两种螯合物的光谱进行了比较(Figure 1B)。未金属化的异硫脲-硼酸酯3f(M = H)显示出与酰胺C−O(1660 cm−1)和异硫脲N−C−N(1590 cm−1)相对应的吸光度,这些吸光度在计算光谱中得到了很好的再现。此外,K-3f和Na-3f的红外光谱在羰基区域显示出相似的模式,C−O拉伸的红移大约为40 cm−1,而N−C−N拉伸的红移相对于3f的光谱呈扁平状。这些光谱变化与预测的酰胺-金属-硼酸酯螯合物的红外光谱相一致。相比之下,Li-3f的红外光谱显示两个峰的红移大约为40 cm−1,与计算的酰胺-金属-异硫脲螯合物相一致。这些螯合模式的基本差异可以转化为相对Lewis酸性的差异,如Gutmann-Beckett分析所示(Figure 1C)。分解结果得出K-3f相对于KHMDS和Na-3f相对于NaHMDS的Lewis酸性略有不同,而Li-3f相对于LiHMDS的Lewis酸性显著增加。在由3f衍生的异硫脲-硼酸酯阴离子的静电电位图中(Figure 1D),硼酸酯的氧原子处出现了较高的电子密度,这与在提出的两种酰胺-金属-硼酸酯螯合物中所观察到的Lewis酸性的缓冲相一致。使用K-epi-3a−f催化剂的低对映选择性(Table 1)可归因于顺式 α-硼甲基的立体效应,这可能会干扰酰胺-K-硼酸酯螯合物的形成(Figure 1E)。
哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃

哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
(图片来源:J. Am. Chem. Soc.)

在得到了最优反应条件后,作者对此转化的底物范围进行了探索。实验结果表明一系列不同取代的环己酮1和磷叶立德2均具有良好的兼容性,以65-98%的产率,44-97% ee得到相应的烯烃产物5a-5o(Figure 2)。其中包括苯基、氰基、甲氧基、三氟甲基、氟原子、叔丁基、异丙基等一系列基团在反应中均具有良好的耐受性。
哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃

哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
(图片来源:J. Am. Chem. Soc.)

接下来,作者探索了电子效应对ee的影响(Figure 3)。一系列不同取代的4-芳基环己酮参与的非催化烯基化反应中活化自由能与形成C-C键的电场强度有很好的对应关系(Figure 3A)。此外,作者对一组不同取代的4-芳基环己酮的k-3f催化烯化反应进行研究,当底物含有缺电子芳环时,对映选择性更高(Figure 3B)。随后,作者将ΔΔG⧧与几个不同的标准参数进行了对比,发现与σmeta的相关性最好(Figure 3C)。此外,吸电子基对反应速率也有显著影响,在催化和非催化的烯基化反应中,对位的吸电子取代基都能加快反应速度(Figure 3D)。
哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
(图片来源:J. Am. Chem. Soc.)
最后,作者利用紫外-可见光谱对酮1a的烯基化过程进行了完整的动力学分析,并监测到了在520 nm处橙红色的叶立德 2d的消失。此外,催化剂浓度的变化显示出一级动力学效应,结合其不存在非线性效应,这与整个催化循环中存在单体催化剂物种一致(Figure 4A-4D)。基于上述实验结果,作者提出了可能的反应机理(Figure 4E):催化剂K-3f可逆与酮1a结合形成络合物A,随后进行与叶立德2d的不可逆加成形成甜菜碱络合物B。该络合物可以可逆的解离OPA产物4d并得到游离的K-3f。此外,DFT计算得出过渡状态几何形状主要由两个因素决定(Figure 4G):1)环己酮加成的面选择性和;2)三苯基膦部分与催化剂骨架之间的空间相互作用最小化,这决定了叶立德取代基的方向。
哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃

哈佛大学JACS:“钾”催化的不对称Wittig反应合成轴手性烯烃
(图片来源:J. Am. Chem. Soc.)

总结

Eric N. Jacobsen课题组利用具有新型大环螯合结构的手性Lewis酸钾-异硫脲-硼酸酯络合物催化,实现了4-取代环己酮的高对映选择性Wittig烯基化反应。决定对映选择性的环加成过程包含不可逆的极性1,2-加成形成甜菜碱钾络合物,随后进行可逆环化的分步过程。此反应的发展为催化不对称Wittig烯基化的发展提供了新的途径。

相关栏目:『科技前沿
如何绘制Nature漂亮的机制示意图? 2024-06-29 [174]
加州大学颠覆性大模型架构,FPGA重回AI舞台? 2024-06-29 [209]
OpenAI前首席科学家Ilya创立新公司,瞄准超越AGI的“超级人工智能”和绝对的AI安全 2024-06-21 [306]
2024年最新影响因子(完整版)已更新!2024年最新影响因子(完整版)已更新! 2024-06-21 [397]
苹果AI一夜颠覆所有!Siri史诗级进化,内挂ChatGPT-4o,奥特曼来了,马斯克怒了 2024-06-13 [508]
Transformer结合U-Net登上Nature子刊!最新成果让精度和效率都很美丽 2024-06-13 [514]
大撕裂理论:220亿年后宇宙终结,地球将在宇宙终结前几分钟毁灭 2024-06-08 [664]
我们看见暗物质了吗? 2024-06-07 [602]
如果不流浪地球,能直接住在流浪行星上吗? 2024-06-07 [587]
宇宙大爆炸并不存在?量子模型预测宇宙无始无终 2024-06-04 [722]
相关栏目更多文章
最新图文:
慕波:爬取7万条帖子  看看人们都是怎么吐槽相亲的 :陈文玲: 必须推动中美关系回到正确轨道 Colleen Flaherty 翻译 刘勤:MIT教授发文《美国经济评论》 :生命科学受益于明星科学家们的死亡 :北京和上海金融人的最新鄙视链 :日本政府《氢能利用进度表》 :美国《2016-2045年新兴科技趋势报告》 :天津工业大学“经纬英才”引进计划 :浙江财经大学国际青年学者论坛的邀请函 (10/31-11/1)
更多最新图文
更多《即时通讯》>>
 
打印本文章
 
您的名字:
电子邮件:
留言内容:
注意: 留言内容不要超过4000字,否则会被截断。
未 审 核:  是
  
关于我们联系我们申请加入后台管理设为主页加入收藏
美国华裔教授专家网版权所有,谢绝拷贝。如欲选登或发表,请与美国华裔教授专家网联系。
Copyright © 2024 ScholarsUpdate.com. All Rights Reserved.