研究论文介绍

Angew: 可构建硅手性中心的首例铑催化动态动力学不对称硅氢加反应

作者:石油醚

导读:

近日,杭州师范大学徐利文教授团队通过使用新开发的SiMOS-Phos作为手性配体,实现了 “以硅为中心”外消旋氢硅烷的新型动态动力学不对称硅氢加成反应,突破以往主要利用去对称化策略构建硅手性中心的局限,提供了首例从外消旋底物获得硅手性中心硅杂环的反应途径。

“Rhodium-Catalyzed Dynamic Kinetic Asymmetric Hydrosilylation to Access Silicon-Stereogenic Center.

Yan Zeng, Xiao-Jun Fang, Ren-He Tang, Jing-Yu Xie, Feng-Jiao Zhang, Zheng Xu, Yi-Xue Nie, Dr. Li-Wen Xu*

 Angew. Chem. Int. Ed. 2022, ASAP. doi: 10.1002/anie.202214147

正文

近年来硅手性中心的构建逐渐收到合成化学家的关注,越来越多含硅手性中心的有机硅化合物被合成出来,极大地丰富了有机合成化学并推动了有机硅化学的发展。长期以来,硅手性中心的构建主要是通过去对称化的策略,其中硅氢化合物的去对称化转化反应或分子内硅氢加成反应尤为受到关注,自Tamao教授等人于1996年报道的第一例分子内烯烃硅氢加成反应(J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12469)以来,Tomooka课题组和徐利文课题组先后分别于2012年和2020年报道了首例分子内硅氢加成反应和分子内炔烃硅氢加成反应(Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 12745; iScience 2020, 23, 101268),随后不断有新反应体系被发展出来,已被广泛应用于硅手性中心杂环或单硅氢化合物的合成。然而,以往构建硅手性中心的策略主要限于去对称化反应过程,长期以来仍然是合成化学的一个难题之一,可供实现硅转化反应的合成策略十分有限,难以与碳手性中心为主体的手性合成化学相提并论,更未见报道能够有效实现消旋硅中心的动态动力学转化过程,亟需发展新的反应策略来拓展硅手性中心的构建方法。

为了实现硅手性中心的催化构建,杭州师范大学徐利文教授团队近10年来一直专注于硅手性中心的催化新反应和新方法(Acc. Chem. Res. 2021, 54, 452)。在前期工作基础上,该团队成功实现了以硅为中心的外消旋硅烷的动态动力学不对称转化,与以往的去对称化反应过程不同,这是第一例Rh催化的动态动力学不对称硅氢加成反应(DyKAH),可以外消旋氢硅烷为原料,能够以良好的产率和优异的对映选择性得到硅手性中心苯并噻咯这类硅杂环化合物。

在研究工作中,作者发现绝大多数手性膦配体在该类动态动力学转化反应中没有显著的手性控制能力。而该课题组自主设计的Ar-BINMOL-Phos及其手性亚磷酰胺衍生物具有一定的手性诱导能力,在此基础上,经过反应优化和结构改造,成功发展了一类新型的手性亚磷酰胺配体SiMOS-Phos,能够获得非常理想的立体选择性。在确定了最优反应条件后,作者对反应底物的普适性进行了考察。结果表明,在该反应中,绝大多数产物均可以75-89%的产率和良好的对映选择性给出相应的DyKAH产物,最高可达96:4 er。

结合实验结果和DFT理论计算,该研究表明以[Si]-Rh(III)-H中间体为转化平台,通过两条竞争性的反应通道实现了动态动力学转化反应过程,在以Chalk-Harrod机制进行的常规通道和手性翻转过程中,Rh/SIMOS-Phos催化剂都能够控制其中一种构型的选择性转化或优先翻转,催化剂可以选择性地降低的(R)-1a和翻转通道中的(S)-1a的过渡态能量从而实现对映体过量的硅氢加成反应。值得一提的是,手性配体中的酰胺部分在促进氯离子的SN2亲核取代过程起着重要作用,这是实现硅中心手性翻转的关键所在。

在该工作中,徐利文教授团队通过使用新开发的SiMOS-Phos作为手性配体,实现了 “以硅为中心”外消旋氢硅烷的新型动态动力学不对称硅氢加成反应,突破以往主要利用去对称化策略构建硅手性中心的局限,提供了首例从外消旋底物获得硅手性中心硅杂环的反应途径。

(徐利文教授供稿)

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