化学所分子识别与功能实验室

范青华研究员课题组在锰(I)催化烯丙醇的不对称反马氏氢胺化反应研究中取得重要进展

发布时间:2022-10-13 放大 缩小

在金属催化的不对称合成反应中,手性配体的作用至关重要。为了高效实现产物的对映选择性控制,很多具有“优势骨架”的手性配体已被研制出来,并在不对称催化合成中得到广泛应用。近年来,随着超分子化学的发展,将优势小分子配位基团引入到大环分子骨架中,设计合成一类新型手性大环配体已成为一种成功的手性配体构建策略。这类大环配体由于具有一定的手性空腔,可以促进底物分子与配体/催化剂间的相互作用,故而更加有利于实现高对映选择性催化反应。然而,在已报道的手性全氮大环配体中,成功的例子寥寥无几。因此,发展结构刚性、可调的新型手性全氮大环配体及其不对称催化新反应仍然具有挑战性。

中科院化学所分子识别与功能院重点实验室范青华研究员课题组与所内陈辉课题组合作,报道了首例非贵金属锰催化烯丙醇的高效、高对映选择性不对称反马氏氢胺化反应。其中,具有一定刚性结构的新型N6-手性全氮大环配体在催化中表现出显著的配体效应。

 

作者通过模块化合成得到了系列N6-手性全氮大环配体,并通过X-射线衍射确定了手性配体L1及其锰(I)金属配合物的单晶结构。发现无论是配体还是金属配合物的结构中都含有一个马鞍形空腔,且锰(I)仅与大环配体中的两个二烷基胺基团进行配位。这一拥挤的手性微环境有利于实现催化反应中的手性诱导。随后,通过对碱、配体及其他反应条件的系统筛选,高效、高对映选择性地实现了一系列消旋烯丙醇衍生物的不对称氢胺化反应,以最高99%的分离产率和98%的对映体过量得到一系列手性γ-氨基醇产物。最后,作者对催化反应机理进行了研究。通过中间体捕捉及相关对照实验,证明了该催化反应经历了“借氢”串联反应过程。即在碱存在下,生成的锰(I)催化活性物种催化烯丙醇的脱氢氧化;随后胺对α,β-不饱和酮中间体进行Michael加成;最后,锰负氢物种不对称还原β-氨基酮,得到手性γ-氨基醇产物。针对催化过程中手性的起源,作者对β-氨基酮中间体的不对称还原进行了DFT理论计算。发现还原过程为HMn←NH中的负氢和正氢协同转移到C=O的碳和氧原子上;其中,一分子异丙醇参与了过渡态,且异丙醇、大环配体和β-氨基酮分子间存在多重氢键及CH∙∙∙π弱相互作用;同时,大环配体中的5个氮原子均参与其中,表现出大环配体的独特效应。这一研究工作为新型手性大环配体的设计提供了新的思路。

相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202202972上。

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