热点研究

「Spotlight Research」硼催化环丙基酮与双环[1.1.0]丁烷的[2σ+2σ]环加成反应

作者:石油醚

本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者,来自西安交通大学的博士生于涛为我们分享。

2023年2月10日,JACS在线发表了来自西安交通大学李鹏飞教授团队题为「Selective [2σ + 2σ] Cycloaddition Enabled by Boronyl Radical Catalysis: Synthesis of Highly Substituted Bicyclo[3.1.1]heptanes」的研究论文。文章中,李鹏飞教授团队在经过近十年的探索,提出以硼中心自由基这一类特殊物种为类过渡金属催化剂的原理,实现了环丙基酮与双环[1.1.0]丁烷之间的[2σ+2σ]环加成反应。

“Selective [2σ + 2σ] Cycloaddition Enabled by Boronyl Radical Catalysis: Synthesis of Highly Substituted Bicyclo[3.1.1]heptanes”

Tao Yu, Jinbo Yang, Zhijun Wang, Zhengwei Ding, Ming Xu, Jingru Wen, Liang Xu, and Pengfei Li*

J. Am. Chem. Soc., 2023, ASAP, doi: 10.1021/jacs.2c13740 

Q1. 请对Selective [2σ + 2σ] Cycloaddition Enabled by Boronyl Radical Catalysis: Synthesis of Highly Substituted Bicyclo[3.1.1]heptanes”作一个简单介绍。

该工作中,李鹏飞教授团队通过催化手段,以硼中心自由基这一类特殊物种为类过渡金属催化剂的原理实现了环丙基酮与双环[1.1.0]丁烷之间的[2σ+2σ]环加成反应。该反应利用简单易得的联硼酸酯(B2pin2)和异烟酸酯为组合催化剂前体,通过有序、可控的开环、成环机制,一步构建了多取代双环[3.1.1]庚烷,是一种模块化、简洁和原子经济的合成途径,且核心骨架上可带有多达6个取代基,分离收率高达99%。该反应同时实现了全σ键环加成反应和高选择性类烷烃复分解反应,是对传统环加成反应类型的补充,并为药物研发中合成挑战性的环状化合物提供了新方法。

Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢

本次研究中遇到的主要困难在于底物合成。由于目前报道的双环[1.1.0]丁烷的合成方法很少,且大部分底物需要多步合成,部分双环[1.1.0]丁烷本身不稳定,在空气中长时间放置会聚合或变质。对于这类底物,容易聚合的保存在脱气重蒸的苯甲醚溶剂中,所有底物冷冻保存在-20℃的冰箱内;一些非常不稳定的底物在制备好后现制现用。另一方面,二酯取代的环丙基酮目前没有报道合成方法,因此我们自己开发了这类底物的合成方法,详情见SI。

Q3. 本次研究主体,有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢?

本次研究中,最烧脑的环节是如何设计反应来实现[2σ+2σ]环加成反应。由于σ键相比π键惰性,需要设计合适的底物来进行反应。最近我们组报道了两类自由基型环加成反应,发展了高效合成复杂多取代五环碳环的新方法(J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8870;  Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202214507)。在这两个工作的基础上,我们想到如果使用一个具有高张力的环状化合物来代替之前工作中的烯烃是否就能实现基于σ键的环加成反应。同时硼自由基表现出的较为温和的特性,可以保证反应中双环[1.1.0]丁烷及反应中间体可以稳定存在,从而得到了非常高的收率及化学区域选择性。

Q4. 来想继续研究化学的哪个方向呢?

如果可以,将来还想在继续围绕硼自由基催化环化领域中继续研究。由于环加成反应具有100%原子经济性、高度模块化和快速构建复杂分子等特点,在全合成中通常是合成环状分子的优先选择。新的环化反应有助于为药物研发中具有挑战性的问题提供更好的解决方法。

Q5. 最后,有什么想对各位读者说的吗?

作为研究生,我们在这几年的科研生活中也许并不总是一帆风顺的,但我们所经历的每个平凡日常的一点一滴,最终会汇聚成你一生中的一个个奇迹。脚踏实地,砥砺前行,最终你会收获属于自己的一份果实。

作者教育背景简介

教育背景:

2011.09-2018.06         西北大学化学与材料科学学院院      学 士/硕士

2020.09-至今              西安交通大学前沿学院                      博 士

相关链接:

「Spotlight Research」硼催化远程[3+2]环加成反应

Spotlight Research-双硼(4)/吡啶催化的环丙烷与烯烃的[3+2]环加成反应

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