研究论文介绍

Rh催化1-萘异喹啉的不对称轴手性C-H官能团化反应

轴手性联芳基化合物广泛存在于天然产物、具有生理活性的化合物以及功能性材料中,同时,轴手性联芳基化合物可作为不对称催化中的催化剂和配体。而使用Rh和Pd催化不对称C-H键官能团化是合成该化合物最直接有效的方法,且已经取得了不错的进展。2000年,Murai课题组报道了Rh催化芳基吡啶(异喹啉)与乙烯的不对称C-H烷基化反应,但只能以中等的对映选择性得到相应产物[1]。2014年,中科院上海有机所游书力课题组报道了Rh催化芳基苯并[h]异喹啉类化合物的不对称烯烃化反应[2]。紧接着,SCp配体的出现使该类不对称C-H键官能团化反应的对映选择性有了很大的提高,但取代基空间位阻较小的芳基异喹啉类化合物不能适应该类反应,只能以中等的对映选择性得到相应产物。因此开发新的芳基吡啶(异喹啉)的不对称C-H键官能团化反应仍然面临巨大的挑战。最近,Fernández和Lassaletta课题组报道了Pd催化2-三氟甲磺酸酯和芳基环硼氧烷的Suzuki-偶联反应,能以优异的收率和对映选择性得到一系列轴手性杂环二芳基化合物[3]。紧接着,Glorius课题组报道了Rh/TADDOL衍生的亚膦酸酯催化带叔丁基硫代酰胺这种官能团的氮杂杂环化合物的不对称分子间Csp3-H官能团化反应,能以良好至优秀的收率和对映选择性得到2-芳基杂环化合物[4]。受到这两例报道的启发,中科院上海有机所游书力课题组报道了Rh催化1-萘异喹啉的不对称轴手性C-H官能团化反应 (Scheme 1)。相关研究成果发表于

Rhodium-Catalyzed Atroposelective C−H Arylation: Efficient Synthesis of Axially Chiral Heterobiaryls”

Wang, Q.; Cai, Z.-J.; Liu, C.-X.; Gu, Q.; You, S.-L.* J. Am. Chem. Soc. 2019, Just Accepted Manuscript

DOI: 10.1021/jacs.9b03862

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

论文作者介绍:

论文作者:游书力 研究员

研究经历:

  • 1996年9月-2001年7月:硕博研究生,(导师:戴立信院士)中科院上海有机所
  • 2001年9月-2004年1月:Postdoctoral fellow, Professor Jeffery W. Kelly, Department of Chemistry, The Scripps Research Institute, La Jolla, CA USA
  • 2004年2月-2006年4月:Principal Investigator, Genomics Institute of the Novartis Research Foundation (GNF), San Diego, CA USA
  • 2006年4月-2017年,研究员,中科院上海有机所金属有机国家重点实验室
  • 2017年1月,主任,中科院上海有机所金属有机国家重点实验室

获奖及荣誉:

  • 2012年,Asian Core Program Lectureship Award (Japan, Singapore)
  • 2012年,中国科学院研究生院BHP Billiton奖学金导师科研奖
  • 2012年,中国科学院优秀导师奖
  • 2013年,上海市自然科学一等奖(排名第三)“基于手性膦氮配体的不对称催化”
  • 2013年,Selected as “Asian Rising Stars” in 15th Asian Chemical Congress
  • 2013年,中国科学院优秀导师奖
  • 2013年,中国科学院“优秀研究生指导老师”奖
  • 2013年,国家自然科学二等奖(排名第三)“基于手性膦氮配体的不对称催化” 证书号:2013-Z-103-2-07-R03
  • 2013年,科技部中青年科技创新领军人才
  • 2014年,中国科学院优秀导师奖
  • 2014年,中国科学院“优秀研究生指导老师”奖
  • 2014年,中国科学院上海分院第三届杰出青年科技创新人才
  • 2014年,中国科学院青年科学家奖
  • 2014年,罗氏中国青年科学家奖
  • 2014年,中国化学会青年手性化学奖
  • 2014年,第七届上海青年科技英才
  • 2014年,药明康德生命化学研究奖
  • 2014年,上海领军人才
  • 2015年,英国皇家化学会默克奖
  • 2015年,中国科学院“优秀研究生指导老师”奖
  • 2016年,上海市优秀学术带头人
  • 2016年,中科院-沙特基础工业公司奖学金
  • 2016年,第十四届中国青年科技奖
  • 2016年,第二批国家“万人计划”领军人才
  • 2016年,何梁何利基金科学技术创新奖
  • 2016年,中国科学院“优秀研究生指导老师”奖
  • 2017/2018 Novartis Chemistry Lectureship

研究方向: 金属有机、不对称催化、有机合成、药物化学

论文概要:

首先,作者以1-萘异喹啉1a和1-溴-4-甲基苯2a为模板底物,通过对反应条件进行反复筛选,确定最优条件为(Table 1):5.5 mol% [Rh-(C2H4)2Cl]2和10 mol% L1为催化剂,3 equiv NaOt-Bu为添加物,对二甲苯为溶剂,在60 °C条件下反应1-2 h,反应能以99%的收率和95%的对映选择性得到相应产物。

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

在最优反应条件下,作者对芳基溴化物的底物范围进行了考察(Table 2)。各种对位和间位苯基取代的芳基溴化物、3,4-亚甲二氧基溴苯、3,4-亚乙二氧基溴苯以及4-溴-2,6-二甲基吡啶、5-溴苯并呋喃、2-溴-5-苯并噻吩等杂芳基溴化物均能较好的适应反应条件,能以优异的收率和对映选择性得到相应产物。但邻位取代的芳基溴化物对反应的耐受性较差。

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

紧接着,作者考察了杂环二芳基化合物的底物范围(Table 3)。各种芳环取代的杂二芳基化合物、芳基吡啶、4-萘喹唑啉以及各种取代的芳基苯并[h]异喹啉类化合物均能较好的适应反应条件,能以优秀的收率和对映选择性得到相应产物。若将萘环换成2-甲基和2-甲氧基取代的芳环化合物,该反应的对映选择性会相对降低。4-萘噻吩并吡啶也具有良好的耐受性,能以较高的收率和良好的对映选择性得到相应产物。

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

为了证明该反应的应用潜力,作者进行了克级反应和衍生反应。即使降低催化剂用量至6 mol%,该反应仍能以77%的收率和91%的对映选择性得到相应产物(eq 1)。3amm-CPBA的二氯甲烷溶液中可被转化为N-氧化物。手性N-氧化物4可催化芳香醛的不对称烯丙基三氯硅烷化反应,能以52%的收率和91%的对映选择性得到产物5。同时,3ia可被转化为多功能中间体腈66能以中等至优秀的收率和优秀的对映选择性得到乙酰基吡啶7和吡啶-2-甲酰胺8(Scheme 2)。

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

论文总结评价:

中科院上海有机所游书力课题组报道了Rh催化1-萘基异喹啉的不对称轴手性C-H官能团化反应,能以优秀的收率和对映选择性得到一系列轴手性杂环二芳基化合物。通过简单的衍生反应得到的手性N-氧化物可催化芳香醛的不对称烯丙基三氯硅烷化反应。

参考文献:

  1. Kakiuchi, F.; Le Gendre, P.; Yamada, A.; Ohtaki, H.; Murai, S. Tetrahedron: Asymmetry 2000, 11, 2647. DOI: 1016/S0957-4166(00)00244-5
  2. Zheng, J.; You, S.-L. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 13244. DOI: 10.1002/anie.201408805
  3. Ros, A.; Estepa, B.; Ramírez-López, P.; Álvarez, E.; Fernández, R.; Lassaletta, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15730. DOI: 10.1021/ja4087819
  4. Gressies, S.; Klauck, F. J. R.; Kim, J. H.; Daniliuc, C. G.; Glorius, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 9950. DOI: 1002/anie.201805680

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