研究论文介绍

有机所梅天胜教授课题组JACS:电化学镍催化不对称成合成联芳基阻转异构体

本文作者:杉杉

导读

近日,有机所梅天胜教授课题组在美国化学学会杂志(Journal of the American Chemical Society)发表论文报道了在镍催化下,通过电化学还原途径(电流作为还原剂),实现芳基溴化物的不对称自偶联反应,获得多种高收率的手性联芳基衍生物。此外,在无电流的相同反应条件下,使用其它金属还原剂(如Mn、Zn),收率明显降低,从而说明了过渡金属催化和电化学相结合能够增强反应性。

Enantioselective Ni-Catalyzed Electrochemical Synthesis of BiarylAtropisomers

Hui Qiu, Bin Shuai, Yun-Zhao Wang, Dong Liu, Yue-Gang Chen, Pei-Sen Gao, Hong-Xing Ma, Song Chen, and Tian-Sheng Mei*

J. Am. Chem. Soc. ASAP DOI: 10.1021/jacs.9b13117

正文

轴向手性联芳基化合物广泛存在于配体、有机催化剂和天然产物中。在过去十年中,已报道多种方法来合成阻转异构体的联芳基化合物,包括过渡金属催化芳基卤化物与芳基金属化合物(有机镁、有机锌、有机硼或有机铟试剂)之间的偶联反应(Scheme 1a, left)。通常,芳基金属试剂由相应的芳基卤化物制备,因此若将两个芳基卤化物直接进行对映选择性还原偶联反应,则可一步合成轴向手性联芳基化合物,同时体现了经济性的特点。尽管Ni催化(Mn、Zn或Mg粉末作为还原剂)两个芳基卤的还原偶联反应已被大量研究,但对映选择性的研究却很少。据文献查阅,Xu、Lin在2010年共同报道了关于使用手性BINOL的单齿亚磷酰胺配体,合成手性联芳基衍生物,但ee值中等(高达68%ee)。另外,2-萘酚的不对称氧化自偶联反应也是合成BINOL的有效方法(Scheme 1a, right)。但是,对于3,3′-二芳基BINOLs(作为各种基于BINOL的手性配体的优选骨架),很少通过3-芳基取代基的萘经对映选择性氧化偶联来合成。据文献查阅,仅有Katsuki课题组使用铁催化剂,在3位无取代基的时,获得较低ee值的产物。因此,仍需一种简单的可合成BINOL和3,3′-二芳基取代BINOL的通用方法。而镍催化芳基卤化物不对称还原偶联反应,具有广泛的底物范围,可作为上述合成联芳基化合物补充。此外,基于对电化学的持续研究,在此,有机所梅天胜教授课题组,提出是否可将阴极还原(电流作为还原剂)与过渡金属催化相结合,实现芳基卤化物的不对称还原自偶联反应。通过大量的研究作者发现,在电化学镍催化下,使用手性吡啶恶唑啉配体,可实现芳基溴化物不对称还原自偶联反应(第一个例子),获得多种具有高收率和对映选择性的联芳基衍生物(Scheme 1b)。

首先,作者以1-溴-2-甲氧基萘(1a)作为模型底物,在6 mA恒流无隔膜电解槽中,使用1当量NaI,10 mol%的NiCl2•glyme作为催化剂,DMF作为溶剂,对手性配体进行了筛选(Table 1)。根据Fu课题组总结,pybox、box和pyrox分子作为Ni催化有机金属试剂与烷基亲电试剂交叉偶联反应的首选手性配体。不幸的是,BINAP(L1)、Ph-pybox(L2)、i-Pr-box(L3)和i-Pr-biox配体(L4)均未获得所需联芳基产物2a。然而,当使用i-Pr-6Me-pyrox配体L5时,获得3%收率的产物3a(15%ee)。受此启发,作者开始对吡啶和恶唑啉环取代基(L6L15)进行了研究。反应结果表明(L5L8),具有茚满的恶唑啉配体L8可将ee提高至53%。同时,对吡啶环取代基研究中表明,包括Et(L9)、n-Pr(L10)、环丙基(L11)和环戊基(L12)在内的其他取代基,均可将ee进一步提高。此外,由于苄基比甲基更易去除,因此选择了底物1b作为电化学还原偶联的底物。当使用L12时,可将ee进一步提高至90%。随后,再对具有不同环尺寸的吡啶取代基的研究中发现,环己基取代的L13可获得高达93%ee的产物2b

紧接着,作者以1-溴-2-(苄氧基)-1-萘(1b)作为模型底物,使用L13作为手性配体,对反应的收率进行了研究(Table 2)。在该电化学还原偶联反应中,脱溴产物3b作为主要的副产物(水解导致)。因此,加入4Å分子筛可抑制副反应的发生,获得65%收率的产物2b,ee为93%(entry 2),而无分子筛时,收率仅为10%(entry 1)。而其它的干燥剂(如Na2SO4和MgSO4),对反应无效(entries 3-4)。而使用其它的Ni催化剂(如NiI2、Ni(acac)2),收率均有所降低(entries 5-6)。反应溶剂的改变也会导致收率和对映选择性降低(entry 7)。而对电极材料的筛选中,牺牲Fe阳极效果最佳(entries 8-9)。而对电解质(如n-Bu4NI和n-Bu4NPF6)的筛选中,收率和对映选择性均有所降低(entries 10-11)。此外,为了进一步减少反应体系中水分效应,作者进行了放大实验,结果表明,产物的ee略微下降(88%ee),但收率(81%)不受影响。同时,若将温度降低到0℃可将收率和ee进一步提高(entry 13)。最后,对照实验表明,镍催化剂和电流对于该反应至关重要(entries 14-15)。而在其他条件相同时,在没有电流的情况下,使用化学计量的Mn或Zn粉末均会导致收率降低(entries 16-17)。

在获得上述最佳反应条件后,作者开始对萘底物1的范围进行了扩展(Table 3)。反应结果表明,含有烷基、醚、烯烃、硼、酯、氯等官能团的萘底物,均具有良好的耐受性,从而获得良好的收率和对映选择性的产物2b2n。同时,带有3-芳基取代基的萘溴化物,也获得相应的联芳基产物2o2ac。因此,该电化学还原偶联反应也为BINOL和3,3′-二芳基BINOL的合成,提供了一种更具价值的替代方法。此外,使用Mn作为还原剂时,通常导致收率较低。而使用单芳基溴化物时,产物2ad2ae收率略有降低。使用2-苯基酯官能化的溴萘1af时,对映选择性大大降低。使用8-溴喹啉底物时,获得中等收率的产物2ag

此外,在温和的反应条件下,产物很容易进行氢化,从而进行脱保护(Scheme 2)。如2x进行氢化后,获得具有良好收率的游离BINOL产物4,而不会破坏对映选择性。

为了进一步了解反应的机理,作者首先制备了二聚体[NiCl2(pyrox)]2配合物5,其结构通过X-射线分析确定(Scheme 3)。此外,配合物5具有三个还原峰(相对于Ag/Ag+的还原峰为–1.52 V,–1.70 V和–2.02 V),分别对应Ni(I),Ni(0)和[Ni(0)pyrox]ˉ(Figure 1)。而底物1p的还原电势相对于Ag/Ag+约为-2.30 V和-2.64 V,表明在该电化学还原偶联反应中,Ni(II)催化剂可能优先被芳族卤化物还原。

根据上述的实验和相关文献的查阅,作者提出了一种可能的反应机理(Scheme 4)。首先,通过阴极还原将Ni(II)催化剂还原为Ni(0),再与芳基溴化物进行氧化加成,形成芳基Ni(II)配合物。紧接着,通过电化学还原将其还原为芳基Ni(I)配合物。随后,经氧化加成形成Ni(III)配合物。最后,经还原消除获得联芳基产物以及Ni(I)配合物。同时,Ni(I)配合物可以通过阴极还原将其还原为Ni(0),从而完成催化循环。

总结

有机所梅天胜教授课题组报道了在镍催化下,通过电化学还原途径(电流作为还原剂),实现芳基溴化物的不对称自偶联反应(第一个例子),获得多种高收率的手性联芳基衍生物。此外,该电化学还原偶联反应也为BINOL和3,3′-二芳基BINOL的合成,提供了一种更具价值的替代方法。

本文版权属于 Chem-Station化学空间 欢迎点击按钮分享,未经许可,谢绝转载!

Related post

  1. (+)-Dalesconol A和B的全合成
  2. 20步Propindilactone G的不对称全合成
  3. 仅用唾液即可检测!? 1 atto mol以下的超高灵敏度抗体检…
  4. J. Am. Chem. Soc. Piericidin A的简…
  5. 「Spotlight Research」一锅法简便合成有机半导体…
  6. sp3碳的偶联反应机理解析研究
  7. 碳碳双键的形成 第三部分 Peterson烯烃合成法和β-羟基砜…
  8. Nature. 3级C-H键的选择性催化不对称卡宾插入反应

Comment

  1. No comments yet.

  1. No trackbacks yet.

You must be logged in to post a comment.

Pick UP!

微信

QQ

广告专区

PAGE TOP