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同濟(jì)大學(xué)楊澤鵬課題組JACS:三重協(xié)同催化精準(zhǔn)構(gòu)筑季碳手性中心

來源:同濟(jì)大學(xué)      2024-03-28
導(dǎo)讀:含有季碳手性中心的化合物廣泛存在于醫(yī)藥、農(nóng)藥等精細(xì)化學(xué)品中,因此季碳手性中心的對映選擇性構(gòu)筑十分重要。公開數(shù)據(jù)顯示,2022年小分子藥物銷售額排名前200的榜單中,10%左右的分子含有季碳手性中心。然而,由于較大的空間位阻,該類化合物的合成極具挑戰(zhàn)。三級碳片段與一級碳片段的分子間對映選擇性交叉偶聯(lián)是一種靈活且通用的解決方案。其中,涉及一級非活化烷基的偶聯(lián)反應(yīng)可以快速提供一系列復(fù)雜度較高的分子,但迄今為止僅有兩例報(bào)道(Nature 2018, 563, 379–383;J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 27211–27217)。這兩例合成方案均需堿性條件,并且都需要通過鎳催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。鎳催化的碳—碳偶聯(lián)反應(yīng)通常經(jīng)歷內(nèi)球模式的還原消除形成碳—碳鍵。然而,將三級烷基自由基連接到金屬中心十分困難,因?yàn)檫@種金屬—烷基中間體可能會(huì)產(chǎn)生大量的立體位阻。因此,開發(fā)替代催化模式,如外球模式的自由基重組形成碳—碳鍵并精準(zhǔn)構(gòu)筑一系列季碳手性中心化合物仍然是重要挑戰(zhàn)。

近日,同濟(jì)大學(xué)楊澤鵬課題組基于豐產(chǎn)金屬催化不對稱偶聯(lián)反應(yīng)的研究興趣,利用外球機(jī)制,通過光氧化還原//手性伯胺三重協(xié)同催化的策略,成功構(gòu)建了一系列季碳手性中心化合物。反應(yīng)條件溫和,無需額外添加堿,官能團(tuán)兼容性良好。相關(guān)研究成果發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.。

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作者以1–金剛烷基–2–氧環(huán)戊烷羧酸酯1a與非活化的一級烷基NHP1b作為模板底物,對反應(yīng)條件進(jìn)行了大量的篩選。篩選結(jié)果表明,當(dāng)以Fe(OEP)Cl和手性胺 (S)-A1為催化劑時(shí),光照后能74%的收率94% ee得到偶聯(lián)產(chǎn)物1。

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在最優(yōu)條件下,作者探索了不同NHP酯參與的偶聯(lián)反應(yīng),在無堿環(huán)境下合成了一系列含季碳手性中心的化合物,可兼容多種取代基,包括芳環(huán)(雜芳環(huán))、非活化烷基氯/溴、三氟甲基、醚、Boc胺、酯、內(nèi)烯烴和末端炔烴等多種官能團(tuán)。其中,產(chǎn)物1119可作為制備生物活性化合物的中間體。同時(shí),許多1,3-二羰基化合物均表現(xiàn)出良好的反應(yīng)活性及選擇性,包括六元、七元環(huán)底物,鏈狀及吡咯烷酮結(jié)構(gòu)的1,3-二羰基化合物等。此外,克級反應(yīng)同樣能夠順利進(jìn)行,以優(yōu)秀的收率及對映選擇性控制得到目標(biāo)產(chǎn)物。

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經(jīng)過一系列機(jī)理實(shí)驗(yàn)之后,作者提出了如下的催化循環(huán)。從手性伯胺催化劑 (S)-A1出發(fā),與1,3-二羰基化合物1a縮合得到烯胺物種E;激發(fā)態(tài)的光催化劑[IrIII]*氧化E首先得到自由基陽離子,隨后在堿的作用下得到手性自由基物種E?;被還原的光催化劑[IrII]將非活化的一級烷基NHP1b還原為一級烷基自由基1b?;1b?與二價(jià)鐵物種結(jié)合生成三價(jià)烷基鐵;E?與三價(jià)烷基鐵經(jīng)歷自由基重組得到中間體1’,同時(shí)變回二價(jià)鐵;1’水解后得到目標(biāo)產(chǎn)物1,完成催化循環(huán)。

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綜上所述,作者開發(fā)了一種新方法,從易得的1,3-二羰基化合物及非活化的一級烷基NHP酯出發(fā),通過光氧化還原//手性伯胺三重協(xié)同催化合成了一系列含有季碳手性中心的化合物,為該類化合物的精準(zhǔn)構(gòu)筑提供了一種新思路。

文章第一作者為博士研究生李連杰,通訊作者為楊澤鵬教授。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)(青年)、同濟(jì)大學(xué)青年百人計(jì)劃及同濟(jì)大學(xué)學(xué)科交叉項(xiàng)目的資助。

文獻(xiàn)詳情:

Enantioselective Construction of Quaternary Stereocenters via Cooperative Photoredox/Fe/Chiral Primary Amine Triple Catalysis
Lian-Jie Li, Jun-Chun Zhang, Wei-Peng Li, Dan Zhang, Kaining Duanmu, Hui Yu, Qian Ping, and Ze-Peng Yang*
J. Am. Chem. Soc, 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c01842.
文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c01842

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