研究论文介绍

ACS Catal.:不对称氧化双重C-H键偶联反应方法学

本文作者:杉杉

导读

近日,陕西师范大学的段伟良课题组报道首例通过Cp*Ir催化剂促进的三取代氧化膦与二芳基乙炔之间的不对称C-H偶联反应方法学,进而成功实现一系列具有P-立体中心的轴手性联芳基氧化膦分子的构建。其中,采用手性羧酸酰胺配体L14能够有效地完成相应C-H活化过程中的对映选择性的控制,并以优良的对映选择性 (96% ee),获得相应的手性产物。

Asymmetric C−H Activation for the Synthesis of P- and Axially Chiral Biaryl Phosphine Oxides by an Achiral Cp*Ir Catalyst with Chiral Carboxylic Amide

C. Zhang, X. Hu, Y. Dai, P. Yin, C. Wang, W. L. Duan, ACS Catal. 2022, 12, 193. Doi:10.1021/acscatal.1c05080.

正文

目前,过渡金属催化的不对称C-H键活化反应方法学已经成为构建各类手性分子的一种最为直接有效的合成转化策略[1]-[8]。同时,手性膦化合物合成方法学的相关研究一直以来备受有机合成化学家的广泛关注 (Scheme 1a)[9]-[11]。受到近期通过Cp*Ir催化剂参与的氧化膦C−H键活化[12]与去对称化[13]相关研究报道的启发,这里,陕西师范大学的段伟良课题组报道首例采用手性羧酸酰胺与非手性Cp*Ir催化剂促进的对映选择性C−H键活化策略,进而成功完成一系列具有P-立体中心的轴性膦分子的构建 (Scheme 1b)。

首先,作者采用二苯基叔丁基氧化膦1a与二苯基乙炔2a作为模型底物,进行相关反应条件的优化筛选 (Table 1)。进而确定最佳的反应条件为:采用Ir3作为催化剂,L14作为配体,Ag2CO3作为氧化剂,THF作为反应溶剂,反应温度为90oC,并获得相应的手性产物3a (70% 反应收率,13:1 dr,93% ee)。

在上述的最佳反应条件下,作者首先对各类氧化膦底物的应用范围进行考察(Table 2)。研究表明,上述的标准反应条件对于芳环的对位与间位中具有供电子基与吸电子基团取代的氧化膦底物,均能够良好地兼容,并获得相应的手性产物3b3q (41-92% 反应收率,86-93% ee,>10:1 dr)。之后,作者发现,上述的标准反应体系对于P原子中带有Ad、Cy以及NiPr2基团取代膦氧化物,同样能够有效地完成相应的C-H键偶联过程,并以中等至良好的反应收率与优良的非对映以及对映选择性,获得相应的手性产物3r3t。之后,该小组进一步对各类二芳基乙炔底物的应用范围进行深入研究。作者发现,苯环对位具有不同基团取代的二芳基乙炔底物,同样能够顺利地参与上述的对映选择性C-H键偶联过程,进而以优良的非对映与对映选择性,获得相应的手性产物3u−3y

之后,作者进一步发现,将氧化膦底物2m的用量增加至克级规模时,同样能够以良好的反应收率与优良的非对映以及对映选择性,获得相应的手性产物3m (Scheme 2)。

同时,作者对相应手性产物的对映专一性还原反应进行深入研究 (Scheme 3)。

接下来,作者通过KIE实验研究 (Scheme 4) 表明,膦氧化物芳环中的C-H键的断裂可能是反应过程中的决速步骤。

基于上述的实验研究,作者提出如下合理的反应机理路径 (Scheme 5)。

总结

陕西师范大学的段伟良课题组报道首例通过Cp*Ir催化剂促进的三取代氧化膦与二芳基乙炔之间的不对称C-H偶联反应方法学,进而成功实现一系列具有P-立体中心的轴手性联芳基膦氧化物分子的构建。这一全新的对映选择性C-H偶联反应策略具有良好的底物应用范围以及优良的官能团兼容性等优势。

参考文献

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