(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
正文
在過渡金屬催化體系中,手性配體的設計和合成是獲得立體化學靶標以及發現能夠提高反應效率和選擇性的新型催化模式的有效途徑。傳統上,過渡金屬催化劑的手性環境是通過修飾單個手性配體的結構來優化的。在范圍和適應性方面,通過結合兩個離散亞基的優勢來利用配體協同的另一種模式更傾向于開發手性催化劑庫,而不是設計復雜的配體(Figure 1A)。特別是兩個離散配體之間的非共價相互作用能夠對特定轉化中多配體體系進行微調,以及在控制相應金屬配合物的反應性和立體控制能力方面進行快速多維優化。下載化學加APP到你手機,更加方便,更多收獲。
近年來,鉑催化炔烴與氮親核試劑的親電活化反應,提供了一種新型的反應模式,生成了α,β-不飽和卡賓配合物。同時,雙重催化立體選擇性反應也取得了重大的進展。在這方面,Ferreira課題組(Org. Lett. 2016, 18, 64.)報道了一種開創性的Lewis酸介導烯醇親核試劑與α,β-不飽和鉑卡賓的插烯加成反應,合成了一系列稠合雜環化合物。然而,涉及α,β-不飽和鉑卡賓中間體參與的化學和對映選擇性反應的不對稱催化反應,仍有待進一步的探索。因此,作者將重點轉移到從現成的離散個體中創建結構多樣的多配體(multiligated)Pt(LN)(LP)配合物上(Figure 1B)。近日,中國科學技術大學郭昌課題組開發了一種新型的多配體Pt(LN)(LP)配合物,實現了Pt/Cu雙重催化的化學和對映選擇性插烯加成反應,合成了一系列功能化吲哚化合物,具有優異的對映選擇性(Figure 1C)。
(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
首先,作者設計與合成了一系列新型Pt(LN)(LP)配合物(Figure 2)。值得注意的是,分離出的Pt(LN)(LP)配合物對空氣和水分極為穩定,可以在標準小瓶中儲存數月,使其成為簡化鉑催化的理想平臺。
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其次,作者以丙炔酯衍生物1a與β-酮膦酸酯2a作為模型底物,進行了相關反應條件的篩選(Table 1)。當采用(R,R)-Pt-M2(5 mol%)作為鉑配合物,Cu(OTf)2(10 mol%)作為催化劑,(R,R,S,S)-LN5(12 mol%)作為銅催化配體,在丙酮溶劑中35 oC反應48 h,可以85%的收率和97%ee得到吲哚產物3a。
(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
為了更好地了解雙重金屬催化的協同效應,作者進行了一系列控制實驗(Table 2)。研究結果表明,兩種催化劑之間沒有配體交換,立體化學是通過手性銅配合物誘導的(entries 1-3)。同時,box配體和膦配體在催化體系中都起著重要作用(entries 4-8)。值得注意的是,在沒有任何反應組分(鉑配合物、銅鹽和銅催化劑的LN配體)的情況下,沒有觀察到反應,驗證了該過程中的協同活化模式是有效的(entries 9-11)。
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在獲得上述最佳反應條件后,作者對底物范圍進行了擴展(Figure 3)。首先,一系列非環狀和環狀β-酮膦酸酯衍生物2,均可順利反應,獲得相應的產物3a-3l,收率為45-97%,ee為89->99%。其次,芳基上含有不同電性取代的炔丙基醚衍生物1,也能夠順利進行反應,獲得相應的產物3m-3x,收率為53-94%,ee為89-99%。
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緊接著,作者將底物范圍進一步擴展至β-酮酯衍生物(Figure 4)。通過對反應條件的再次優化后發現,(R,R)-Pt-M14與(R,R,S,S)-LN4作為最佳的組合。在此條件下,一系列不同取代的β-酮酯4以及芳基上含有不同電性取代的炔丙基醚衍生物1,均可順利反應,獲得相應的產物5a-5p,收率為58-96%,ee為63-96%。
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隨后,作者對反應的實用性進行了研究(Figure 5)。首先,通過上述的策略可合成兩種立體異構體產物6,并且通過鉑催化的分子內Friedel-Crafts烷基化后,可以高產率生成加合物7的所有四種立體異構體,具有優異的非對映選擇性和對映選擇性(dr 11:1-15:1; ee > 99%),實現了吲哚衍生物的立體發散合成(Figure 5A)。其次,吲哚衍生物3a在酸性條件下,可以92%的收率得到環戊二烯[b]吲哚衍生物8,且對映選擇性不受影響(Figure 5B)。同時,吲哚衍生物3a中Boc保護基在選擇性脫除后,可與甲基酮縮合,可以67%的收率得到吡咯并吲哚衍生物9,且對映選擇性不受影響。
(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
最后,作者提出了一種合理的催化循環過程(Figure 6)。首先,新型鉑催化劑與炔丙基醚1反應,從而引發雙重催化的過程。通過親核氮單元以分子內方式與親電活化的炔烴加成,可生成環狀α,β-不飽和卡賓配合物I。隨后,消除炔丙基位的甲氧基,其作為合適的離去基團。同時,銅催化劑與β-酮膦酸酯2的配位,生成親核金屬化烯醇化物II。在過渡態中,β-酮膦酸酯以雙齒方式與CuII配合物配位,然后Pt結合的α,β-不飽和卡賓配合物從Si面接近,導致觀察到的反應的立體化學結果。
(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
總結
中國科學技術大學郭昌課題組報道了具有顯著多樣性的多配體Pt(LN)(LP)催化劑庫的快速開發,從而加速了新反應性和立體選擇性的發現。使用Pt/Cu雙重催化策略已經實現了對映選擇性插烯加成反應,它協同結合了新型設計的鉑配合物和手性銅催化劑,可合成了一系列官能團化的吲哚衍生物,具有收率高、對映選擇性出色、官能團兼容性良好等特點。值得注意的是,Pt/Cu雙重金屬體系有潛力成為一個可靠和通用的平臺,用于開發各種有用的立體控制反應。
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