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1. Pd-催化烯丙基醚的不對稱烯丙基C-H烷基化反應

過渡金屬Pd廣泛用于末端烯烴的不對稱烯丙基C-H烷基化反應，其中較為常見的機制是協同金屬去質子化（Scheme 1a, TS1）。最近，Trost團隊和中國科學技術大學龔流柱團隊發現膦配體可以促進Pd-催化的不對稱烯丙基C-H鍵官能團化反應。同時，通過實驗和計算研究還發現該反應發生烯丙基C-H斷裂過程涉及協同質子和雙電子轉移過程（Scheme 1a,TS2）。到目前為止，Pd-催化末端烯烴的不對稱烯丙基C-H烷基化反應已經取得了很大的進展，但關于烯丙基醚的不對稱C-H烷基化反應的報道還很少，主要是因為Pd-催化作用下，烯丙基醚易發生C-O鍵斷裂形成的π-烯丙基-Pd中間體會發生Tsuji-Trost型烯丙基取代反應（Scheme 1b）。最近，Floreancig和劉鵬團隊發現DDQ介導的烯丙基醚的氧化烯丙基C-H鍵斷裂過程涉及電荷轉移絡合物發生氫轉移過程（Scheme 1a, TS3），其中，TS2和TS3的醌都直接參與C-H鍵的斷鍵。因此，中國科學技術大學龔流柱和汪普生團隊設想烯丙基醚的C-H鍵斷裂同樣可以經歷協同質子和雙電子轉移過程，生成的π-烯丙基-Pd中間體再與親核試劑發生不對稱烯丙基C-H烷基化反應（Scheme 1c）。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

首先，作者以2-酰基咪唑1a和烯丙基芐基醚2a為模板底物，通過對催化劑和堿等反應條件反復篩選，確定最優條件（Table 1）：2.5 mol% Pd₂(dba)₃和7.5 mol％手性亞膦酰胺配體L7為催化劑，100 mol％K₂HPO₄為堿，110 mol％2,5-DMBQ為氧化劑，甲苯為溶劑，在40 ℃條件下反應22 h，能以78%的收率和90%的對映選擇性得到相應產物3aa。

 （圖片來源：J. Am. Chem. Soc.） 

然后，在最優反應條件下，作者考察了2-酰基咪唑的底物范圍（Scheme 2）。各種對位和間位芳基取代的2-酰基咪唑均能較好的適應反應條件，能以中等至優秀的產率和優秀的對映選擇性得到相應產物。而鄰位芳基取代的2-酰基咪唑則只能以中等的對映選擇性得到相應產物。2-萘和3-噻吩取代的酰基咪唑同樣具有良好的耐受性。若將R取代基換成氫或烷氧基，則該反應不能正常進行。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.） 

緊接著，作者對烯丙基芐基醚的底物范圍進行了考察（Scheme 3）。各種1,1-二取代的烯烴、含酰胺、醚、酯和羥基等雜原子官能團的烯丙基芐基醚以及烷基溴取代的烯丙基芐基醚均具有良好的耐受性，能以中等至優秀的收率和優秀的對映選擇性得到相應產物。若將R¹換成芳基，由于共軛作用，該反應的對映選擇性明顯降低。此外，將烯丙基芐基醚的芐基部分換成各種取代的芳基以及各種雜環，該反應能較好的進行，能以中等的收率和良好至優秀的對映選擇性得到相應產物。 

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

為了進一步了解反應機理，作者進行了氘代實驗（Scheme 4）。2-酰基咪唑1a和烯丙基氘代芐基醚2a'-d₂反應，能以81％的收率和> 98％的對映選擇性得到產物3aa-d₂。1a和氘代烯丙基芐基醚2a-d₂反應可以生成3aa-d₁且烯丙基位置的氘代率> 98％。另外，該反應表現出不可忽略的動力學同位素效應（KIE，k_H/k_D = 2.0）。這些結果與烯丙型C-H鍵斷裂/官能團化機制保持一致。同時，這些結果顯示烯丙基C-H斷裂過程可能是該反應的關鍵步驟。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

為了證明該反應的應用潛力，作者進行了克級規模反應和衍生反應（Scheme 5）。克級規模反應的收率有所提高且對映選擇性不變，這為擴大化生產提供了依據。此外，產物3an在MeOTf的乙腈溶液中反應一段時間后，加入DBU和H₂O可以79%的收率得到手性γ-烷基羧酸5。5和BH₃-THF反應的產物經H₂O₂/NaOH氧化可生成手性二醇。手性二醇發生甲磺酰化反應的產物與芐胺反應，能以64％的收率得到哌啶6。最后，Pd(OH)₂/C選擇性脫去6的N-芐基保護基，生成的產物在HATU的作用下可與N-乙酰基哌啶甲酸發生酰胺偶聯反應，能以42％的收率得到速激肽受體拮抗劑4。

 （圖片來源：J. Am. Chem. Soc.） 

2. Cu-/NHC共催化靛紅衍生的烯醛的不對稱環加成反應

3,3'-螺環氧化吲哚結構廣泛存在于天然產物和具有藥理活性的化合物中，因此，該類化合物的合成引起化學家們的廣泛關注，但該類化合物的合成仍然面臨巨大挑戰。NHC催化可通過極性反轉策略實現復雜分子的合成，是有機合成中強有力的合成策略之一。2016年，Enders課題組成功的實現了NHC催化靛紅衍生的烯醛的不對稱[3+4]環加成反應，可以合成一系列高對映選擇性的螺環吲哚化合物（Scheme 1a）。隨后，出現了許多類似的NHC催化的不對稱[3+n]環加成反應用于構建螺環吲哚化合物的報道。

金屬和NHC協同催化可極大地豐富NHC催化體系，但NHC作為配體與過渡金屬之間的強相互作用易導致其中一種或兩種催化劑失活。隨著時代的發展，目前已經有一些課題組找到了解決方法，并報道了一些關于Pd-/NHC，Ru-/NHC或Cu-/NHC共催化的不對稱反應（Scheme 1b）。最近，Cu-催化的經歷Cu-烯丙二烯中間體的不對稱炔丙基取代反應取得了重大的進展。此外，乙炔基乙烯碳酸酯和乙炔基苯并噁嗪酮發生脫羧反應生成的親核試劑/Cu-烯丙二烯雙功能中間體可進一步發生不對稱環化反應。受到上述Cu-/ Lewis堿共催化的成功報道的啟發，中國科學技術大學龔流柱和宋琎團隊開發了Cu-/NHC共催化靛紅衍生的烯醛與乙炔基乙烯碳酸酯或乙炔基苯并噁嗪酮不對稱環化反應，合成了一系列螺環氧化吲哚化合物（Scheme 1c）。 

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.） 

首先，作者以靛紅衍生的烯醛1a和乙炔基乙烯碳酸酯2a為模板底物，通過對催化劑、溶劑、溫度等反應條件的反復篩選，確定最優反應條件（Table 1）：5 mol%Cu(CH₃CN)₄PF₆和NHC催化劑3d為共催化劑，1 equiv NEt₃為堿，PhF為溶劑，在10 ℃條件下反應36 h，能以75%的收率、99%的對映選擇性以及>95:5的非對映選擇性得到相應產物。

 （圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.） 

在最優反應條件下，作者對該反應的底物范圍進行了考察（Table 2）。各種N-Me、N-Et、N-Bn、N-Ph取代以及各種5-，6-和7-位芳基取代的靛紅衍生的烯醛均能較好的適應反應條件，能以中等至良好的收率、優秀的對映選擇性和非對映選擇性得到相應產物。同時，各種對位或間位取代以及2-萘基取代的乙炔基乙烯碳酸酯具有良好的耐受性，能以中等良好的收率、優秀的對映選擇性和非對映選擇性得到相應產物。其中，4a的絕對構型通過單晶確定。

 （圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.） 

此外，NHC/Cu-共催化體系可用于靛紅衍生的烯醛與乙炔基苯并噁嗪酮的不對稱[3+4]環加成反應，構建螺苯并氮雜卓酮骨架。作者對該反應條件進行了簡單的篩選，確定了最優反應條件。然后，作者在最優反應條件下對反應的底物范圍進行了考察（Table 3）。各種N-取代的靛紅衍生的烯醛均能較好的適應反應條件，能以良好至優秀的收率和對映選擇性得到相應產物，但其非對映選擇性不太好。同時，各種芳環取代的靛紅衍生的烯醛具有良好的耐受性，能以良好至優秀的收率、優秀的對映選擇性和良好的非對映選擇性得到相應產物。此外，各種乙炔基苯并噁嗪酮均能較好的適應反應條件，能以良好的收率和優秀的立體選擇性得到相應產物。其中，6a的絕對構型通過單晶確定。

 （圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

根據上述實驗結果，作者推測可能的機理（Figure 1）：堿性條件下，Cu(CH₃CN)₄PF₆ 和NHC催化劑3d生成的CuI/NHC-3d絡合物會與2a的炔基相連生成中間體I。I依次發生質子化反應和脫羧反應，生成Cu-烯丙二烯中間體III（或III'）。同時，NHC-3d與烯醛1a反應生成的NHC-烯醇化物IV會與III反應生成中間體VI。最后，VI依次發生O-酰化環化反應和質子化反應生成產物4a，同時催化劑再生。[3+4]環加成反應同樣經歷相同的反應過程：5a發生不對稱偶聯反應生成的Cu-烯丙二烯中間體VIII與烯醇化物V反應生成中間體IX（Figure 2）。然后，IX依次發生O-酰化環化反應和質子化反應生成產物6a，同時催化劑再生。 

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

小結：中國科學技術大學龔流柱和汪普生團隊報道了Pd-催化烯丙基醚的不對稱烯丙基C-H烷基化反應，能以中等至優秀的收率和優秀的對映選擇性得到一系列官能團化的手性2-酰基咪唑類化合物。同時，得到的產物可用于速激肽受體拮抗劑的合成。此外，中國科學技術大學龔流柱和宋琎團隊開發了Cu-/NHC共催化靛紅衍生的烯醛與乙炔基乙烯碳酸酯或乙炔基苯并噁嗪酮不對稱[3+3]或[3+4]環化反應，能以良好的收率和優秀的對映選擇性得到一系列螺環氧化吲哚化合物。

撰稿人：暖冬