Angew | 官能化芳烃的对映选择性合成—镍催化1,3-二烯与芳基硼酸酯位点选择性加氢芳基化

  • A+
   以位点和对映选择性方式有效地将不饱和烃转化为手性有机分子长期以来被认为是有机合成领域C-C键形成的重要方法。作为一种原子经济性的方法，通过烯烃的催化加氢反应合成官能化的芳烃受到广泛的关注。虽然已经开发了几种催化对映选择性方法，但是1,3-二烯的对映选择性加氢芳基化的报道较少，这主要是由于催化剂难以控制对映选择性，使其达到合成有用水平。




Simon J. Meek团队曾经报道过(CDC)-Rh-络合物促进的，N-杂芳烃与末端或内部1,3二烯的位点和对映选择性反应(Scheme 1A)，但是反应底物仅限与亲核的芳烃。之后，中国科学院上海有机化学研究所的梅天胜研究员和南开大学周其林教授分别使用N,N和N,P双齿配体，实现了对映选择性转化(Scheme 1B)，但是这些反应的底物范围非常有限，并且产物的对映选择性较低



近期，美国北卡罗来纳大学教堂山分校化学系Simon J. Meek等人报道了一种高效的Ni-催化对映选择性加氢芳基化反应，该反应的较好的官能团容忍性，能够合成大量手性芳烃。相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.。




Scheme 1C 概述了镍催化烯烃加氢芳基化反应的机理。首先，Ni氧化加成产生Ni(II)–H中间体(C)，接着形成的Ni(II)-烷基(D)经过转移金属化，还原消除得到相应的产物，并重新形成Ni(0)催化剂A。





作者首先以苯基丁烷-1,3-二烯和苯基-B(pin)为底物，以5.0 mol % Ni(cod)2为催化剂，MeOH为溶剂，反应温度为40℃，筛选最佳的配体(Table 1)。碳二卡宾配体(L1)和氮杂卡宾配体(L2）的对映选择性较低，但是L2较L1的位置选择性高。而双齿磷配体(L3-L4)产率较低而难以用于反应(﹤2%)。相反，单齿亚磷酰胺配体(L5-L6)提高了反应的对映选择性和位点选择性，作者通过在配体L6二醇主链上引入3,3’-a芳香基团(L7-L9)，发现空间位阻较大的配体L9的rr和对映选择性都得到了进一步提高,但是产率相应的降低。最后作者以乙醇为溶剂，发现[Ni(C3H5)Br]2和KOtBu组合，反应的位点选择性和对映选择性最优。




接着，作者探究了芳基频那醇硼酸酯的底物范围(Scheme 2)。发现含有各种给电子的(3b-c, 3f, 3h,3k–l),吸电子的(3d–e, 3i–j),或者萘(3g)的芳基频那醇硼酸酯均具有较高的位点和对映选择性，各种取代基并未使催化活性，位点选择性和对映选择性降低。另外，以>93:7 E/Z选择性得到E异构体的产物。



作者之后又探究了1,3-二烯类化合物的底物适应范围(Scheme 3)。在各个位置上具有吸电子基(5a, h, m)或供电子基(5b–g)取代芳基1,3-二烯均能以高于>95:5 rr和99:1 er.得到烯丙基取代的芳烃(Scheme 3A)。并且，1,3-二烯的E/Z混合异构体也能以较高的催化效率，位点，对映选择性得到相应的产物。芳杂芳烃取代的二烯(5i-5l),环己烯基取代的二烯(5m),生物活性分子（5O）均能以较高的效率和对映选择性实现转化。 对于1,4-二取代的二烯烃的底物(Scheme 3B)，由于Ni催化剂需要区分1位和4位，因此另一取代基的存在使反应的位点选择性更为困难。含有烷基(6a–b)，烯丙基NBoc氨基甲酸酯(6c)，酯(6d)，酮(6e)和甲硅烷基醚(6f)基的部分1,4-二取代的二烯烃底物具有较高容忍性和较高的对映选择性，但6d和6e的rr值相对较低。





在研究机理的时候作者提出以下几个问题：(1) 镍催化剂在加氢芳基化之前是否使E/Z二烯混合物异构化;(2) 如果反应是在氘代醇中进行的，则在哪个位置（如果有）掺入了氘？(3) 硼试剂的结构是否影响反应的选择性？



首先，作者用异构富集的Z和E二烯分别与芳基硼酸酯反应(Scheme4A)，主要形成同一种对映异构体产物，且产物5e的er值相同，rr值仅有微小的差距，这些结果表明要么二烯在反应前异构化，要么Z-二烯首先生成具有相反对映选择性的(S)–Z–Ni-π-烯丙基。(S)–Z–Ni-π-烯丙基通过π–s–π 异构化为(R)–E–Ni-π-烯丙基，然后得到(R)–E–立体异构体作为主要产物(Scheme 4B)。接着作者探究了E-5i和Z-5i中烯丙基立体中心的相对构型是否以相反的对映诱导作用形成的，证明了证实Z-二烯类化合物具有相反的面选择性，但Ni-π-烯丙基异构化速度快于转化和C-C键的形成。作者通过分析与CD3OD的反应（Scheme 4C），进一步证明了不可逆的Ni-π-烯丙基形成和快速异构化。最后，作者探究了硼试剂对位点选择性的影响(Scheme 4D)，结果表明B(OR)2空间体积增大，则位点选择性增加，可能的原因是位点选择性质子化发生在(L)-镍-二烯络合物的空间位阻最小的位点，由Ph–B（pin）激活的EtOH在二烯或镍处，在二烯或镍处快速氢化物迁移插入(Scheme 4D)。





小结：Simon J. Meek课题组报道了通过Ni催化1,3-二烯的对映选择性加氢芳基化反应生成官能化的芳烃的反应。该反应对卤化芳烃，杂环，路易斯碱等官能团具有较好的容忍性。反应是通过E/Z立体汇聚(stereoconvergent)的对映选择性过程进行的，该过程受芳基硼酸酯的影响。


相关文献推荐：

1、梅天胜课题组（2019）：Nickel-catalyzed EnantioselectiveHydroarylation andHydroalkenylation of Styrenes. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9, 2957-2960. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b00024

2、周其林课题组（2019）：Ligand-Enabled Ni-Catalyzed Enantioselective Hydroarylation of Styrenes and 1,3-Dienes with Arylboronic Acids. CCS Chem. 2019, 1, 328–334.

https://www.chinesechemsoc.org/doi/pdf/10.31635/ccschem.019.20190026



weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论：0