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资伟伟课题组JACS:基于双功能氢键膦配体的氧烯丙基钯反电子需求不对称(3+2)环加成
2021-01-08  

氧烯丙基正离子(Oxyallyl cations)是一类同时含有带正电荷的烯丙基部分和带负电荷的氧原子活性中间体,文献报道其具有很强的亲电性。在已报道研究工作中,相关环化反应局限于富电子烯烃参与的(4+3)或(3+2)反应,同时也仅实现了呋喃化合物参与的不对称环加成反应,而在改变氧烯丙基正离子的反应性,使其具有亲核性,实现缺电子烯烃参与的不对称环加成反应仍没有得到解决(图1)。

图1:氧烯丙基正离子及相关物种的环加成反应的背景介绍

面对以上问题,资伟伟课题组设计了一类新颖的合成子亚甲基乙烯基亚乙基碳酸酯(VMCCs),经钯催化脱羧产生氧烯丙基钯中间体A,其中乙烯基的引入可以稳定正离子,形成中间体B,增强其亲核性,达到调节氧烯丙基反应性的目的(图1e)。为了验证该极性反转思路的可行性,他们首先通过DFT计算考察了各种氧烯丙基正离子物种基于福井函数的简并双描述符的性质。他们发现取代基的确可以很大程度的改变氧烯丙基正离子的亲电/亲核属性,尤其是对于图1B中的物种B,他们发现通过引入金属钯后,氧烯丙基正离子的α-位碳由原来的高度亲电性变成了中等亲核性(图2)。

图2:氧烯丙基正离子相关物种的双描述符等值面示意图

在计算结果的支撑下,作者首先尝试了VMCCs 1a与硝基乙烯2a的反电子需求(3+2)环加成反应。虽然反应能够顺利的进行,然而尝试了许多常规手性配体均不能得到较满意的对映选择性。考虑到体系中包含氧负离子有可能可以通过氢键的形式引入手性诱导因素,作者因此设计了一类新型的双功能氢键膦配体(FeUrPhos),利用氢键弱相互作用,来提高反应活性和控制立体选择性(图3)。

图3:双功能氢键膦配体(FeUrPhos)的设计与合成

最终,他们发现苯甘氨醇衍生的(S,Sp)-Ph-FeUrPhos这一优势配体,首次实现了氧烯丙基钯正离子与缺电子烯烃不对称(3+2)反应,以中等收率(up to 89% yield)和优异的立体选择性(up to 99% ee, >20:1 dr),构建了一系列含连续手性中心环戊酮化合物(图4)。


图4:不对称(3+2)环加成反应

相关成果发表于J. Am. Chem. Soc.(https://doi.org/10.1021/jacs.0c11504)。课题组博士生郑印(已毕业)为本文的第一作者。博士生秦天柱参与了大量的配体设计、合成和反应条件的筛选工作,为本文的第二作者。


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