世界青年化学家

Kami L. Hull

本文作者:石油醚

概要

Kami L. Hull, 美国德克萨斯大学奥斯汀分校化学系副教授,有机化学家。主要专注于过渡金属催化反应的发展和机理研究,课题组主页:https://sites.google.com/utexas.edu/thehullgroup/home

经历

  • 2003年  玛卡莱斯特学院获得学士学位(Professor Ronald G. Brisbois)
  • 2006年  密歇根大学获得博士学位 (Prof. Melanie Sanford
  • 2009年-2012年  斯坦福大学NIH博士后研究 ( Prof. Barry M. Trost
  • 2012年-2018年  伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学系助理教授
  • 2018年8月-至今 德克萨斯大学奥斯汀分校化学系副教授

获奖经历

  • Novartis Young Investigator Award 2018
  • Amgen Young Investigator Award 2017
  • Center for Advanced Studies Beckman Fellow 2017-18
  • Thieme Chemistry Awardee 2017
  • Sloan Research Fellowship 2016
  • NSF CAREER Award 2016
  • Chemical & Engineering News’ Talented 12 2015
  • Kasimir Fajans Award in Chemistry 2011
  • NIH Postdoctoral Fellowship 2009-12
  • Roche Excellence in Chemistry Award 2008
  • Writ and Mary Cornwell Outstanding Graduate Student Research Award 2007
  • ACS Division of Organic Chemistry Fellowship, Eli Lilly 2006
  • Novartis Graduate Fellowship 2005
  • Chemical Sciences at the Interface of Education NSF-GAANN Fellowship 2004
  • Wallace Undergraduate Summer Research Fellowship, Macalester College 2002

研究方向

Hull小组重点主要是开发过渡金属催化新的方法以及对其机理方面的研究,已达到合成化学的原子经济性和减少其废弃物排放的直接目标。Hull教授从研究的共同目标出发,设计并开发新的方法,从简单常见,廉价的化合物为起始原料去构建复杂的产物。

1. 区域选择性加氢和烯烃官能化

药物分子中普遍存在C-X(X = N, S, O)键,但选择性地将 C-X 键引入到有机化合物中既耗时又耗费资源。C=C键选择性地加成X-H,可以使得简单易得的起始原料中构建各种不同官能团。鉴于这种方法潜在的多功能性和实用性,分子间,区域性,化学性和立体选择性加氢官能化反应的发展并没有在合成化学中得到长足的发展。

Hull小组利用带有路易斯碱性基团(L〜C=C)的烯烃底物来开发选择性加氢官能化反应的新方法。该协调小组的加入具有若干优势。首先,烯烃官能化之前,增加路易斯碱性基团的浓度来促进路易斯碱性位点与金属配位使得金属环化反应的发生。因此,链长,路易斯碱性基团的种类和催化剂等都可以影响马式加成或反马式加成产物的选择性。Hull小组成功地实现了烯丙基亚胺马式规则的选择性加氢胺化和高烯丙基胺的反马式规则的选择性加氢胺化的策略1-3。此外,还实现了烯丙基胺的选择性硫基化反应4,其中根据所用催化剂的不同选择性地形成马式产物或反马式产物。(Fig.1)

Figure 1 烯烃的官能化

尽管导向基团是促进区域选择性加氢官能化的绝佳方法,但也Hull小组希望开发一种不依赖预官能化底物催化控制的方法。烯烃的氧化胺化,也称aza-Wacker 氧化,形成新的C-N键而后氧化底物重新构建烯烃以进行进一步官能化的绝佳方法。此外,它结合了两种廉价易得起始原料,并且O2用作氧化剂,仅产生当量的H2O为副产物。虽然可能存在两种不同的区域异构的产物,未活化的烯烃进行氧化胺化反应以提供马式加成的产物(在烯烃的取代度更高的碳上形成新的C-N键)。Hull 教授假设在过量氯化物存在下,使得Pd 配合物容易形成并促进aza-Wacker氧化,这是通过相对较大的邻苯酰亚胺亲核试剂进攻与烯烃配位的Pd 配合物,反马式选择性的形成较少受阻的C-N键5,6。(Fig.2)

Figure 2 aza-Wacker 氧化

2. 烯丙醇与烯丙胺的氧化酰胺化 

酰胺是在很多生物分子和具有生物活性的小分子中最常见的官能团。活化的羧酸衍生物与胺亲核试剂之间直接偶联的是最广泛的方法,但是还存在具有显着的固有缺点(即:产生化学计量的高分子量副产物,并且需要大量的保护基的操作)。 醛通过转移氢化的氧化官能化已成为传统偶联方法的一种最有前途的替代方法之一。 Hull小组已经证明,阳离子铑催化剂可以促进烯丙醇,烯丙胺和立体受阻的醇或醛的氧化酰胺化6-8。(Fig.3)

Figure 3 氧化酰胺化

Hull教授将不对称的1,3-氢迁移与氧化官能化结合在一起,可以生成酰胺,同时建立近端立体中心。9,10(Fig.4)

 Figure 4 1,3-氢迁移与氧化官能化

烯丙基胺的不对称氧化酰胺化的对映选择性主要取决于生成非对映体纯的三取代烯烃的能力。 由于这仍然是一个重大的合成挑战,因此,Hull小组寻求开发一种铜催化的氢芳基化反应,以促进芳环与氢和炔烃进行顺式加成。11(Fig.5)

Figure 5 加成反应

参考文献

  • [1] Ickes, A. R., Ensign, S. C., Gupta, A. K. & Hull, K. L. Regio- and Chemoselective Intermolecular Hydroamination of Allyl Imines for the Synthesis of 1,2-Diamines. J. Am. Chem. Soc. (2014) 136, 11256-11259, doi:10.1021/ja505794u.
  • [2] Ensign, S. C., Vanable, E. P., Kortman, G. D., Weir, L. J. & Hull, K. L. Anti-Markovnikov Hydroamination of Homoallylic Amines. J. Am. Chem. Soc. (2015) 137, 13748-13751, doi:10.1021/jacs.5b08500.
  • [3] Vanable, E. P. et al. Rhodium-Catalyzed Asymmetric Hydroamination of Allyl Amines. J. Am. Chem. Soc. (2019) 141, 739-742, doi:10.1021/jacs.8b09811.
  • [4] Kennemur, J. L., Kortman, G. D. & Hull, K. L. Rhodium-Catalyzed Regiodivergent Hydrothiolation of Allyl Amines and Imines. J. Am. Chem. Soc. (2016) 138, 11914-11919, doi:10.1021/jacs.6b07142.
  • [5] Kohler, D. G., Gockel, S. N., Kennemur, J. L., Waller, P. J. & Hull, K. L. Palladium-catalysed anti-Markovnikov selective oxidative amination. Nat. Chem. (2018) 10, 333-340, doi:10.1038/nchem.2904.
  • [6] Gockel, S. N., Buchanan, T. L. & Hull, K. L. Cu-Catalyzed Three-Component Carboamination of Alkenes. J. Am. Chem. Soc. (2018) 140, 58-61, doi:10.1021/jacs.7b10529.
  • [7] Nguyen, T. T. & Hull, K. L. Rhodium-Catalyzed Oxidative Amidation of Sterically Hindered Aldehydes and Alcohols. ACS. Catal. (2016) 6, 8214-8218, doi:10.1021/acscatal.6b02541.
  • [8] Wu, Z. & Hull, K. L. Rhodium-catalyzed oxidative amidation of allylic alcohols and aldehydes: effective conversion of amines and anilines into amides. Chem. Sci. (2016) 7, 969-975, doi:10.1039/C5SC03103F.
  • [9] Wu, Z., Laffoon, S. D., Nguyen, T. T., McAlpin, J. D. & Hull, K. L. Rhodium-Catalyzed Asymmetric Synthesis of β-Branched Amides. Angew. Chem. Int. Ed. (2017) 56, 1371-1375, doi:10.1002/anie.201610500.
  • [10] Wu, Z., Laffoon, S. D. & Hull, K. L. Asymmetric synthesis of γ-branched amines via rhodium-catalyzed reductive amination. Nat. Commun. (2018) 9, 1185, doi:10.1038/s41467-018-03535-y.
  • [11] Kortman, G. D. & Hull, K. L. Copper-Catalyzed Hydroarylation of Internal Alkynes: Highly Regio- and Diastereoselective Synthesis of 1,1-Diaryl, Trisubstituted Olefins. ACS. Catal. (2017) 7, 6220-6224, doi:10.1021/acscatal.7b01847.

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