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芐位立體中心在天然產物和藥物中普遍存在。化學家們已經發展出了一系列方法來實現芐位C-C或C-雜原子鍵的不對稱構建。目前已知的方法包括使用手性助劑、金屬催化劑、有機催化劑和酶等策略。然而，盡管利用上述策略可以作為一種通用的方法來構建芐基立體中心，但親核試劑與芐基正離子的催化對映選擇反應仍然有待發展。在過去十年中，盡管這一策略曾被化學家嘗試且已被報道，但其通常會涉及氧化芳烴，其會穩定相應的芐基碳正離子為鄰醌或對醌的甲基化物，因此限制了這些方法的應用范圍。最近，德國馬克斯-普朗克研究所Benjamin List課題組基于課題組前期所發展的具有高酸性和類酶受限空間結構的手性催化劑IDPi，實現了將外消旋化的起始原料轉化為具有重要應用價值的對映體富集的芐位立構中心產物（Fig. 1）。下載化學加APP到你手機，更加方便，更多收獲。

（圖片來源：Science）

首先，作者選用rac-1-苯乙基-2,2,2-三氯乙酰亞胺酯1a作為碳正離子前體與親核試劑乙酸作為模板底物，對芐位C-O鍵的構建反應進行探索（Fig. 2A）。通過一系列IDPi催化劑以及反應參數的篩選，作者發現當使用2a作為催化劑，在Et₂O中，-90 ^oC反應5天可以以73%的產率得到目標產物3a（95:5 er）。在得到了最優反應條件后，作者對此轉化的底物范圍進行了考察。實驗結果表明此體系對一系列取代的三氯乙酰亞胺酯具有良好的兼容性，以53-78%的產率，93.5:6.5-94.5:5.5的er得到相應的產物3b-3d。其中，具有間位或對位取代基的底物反應性最佳。此外，當以丙酸為親核試劑時，IDPi催化劑2b展現出優異的性能，以78-85%的產率，93.5:6.5-96:4的er得到相應的產物3e-3h。當作者在體系中使用氮親核試劑時，且使用基于BINOL骨架的F₈-取代IDPi催化劑2c，可以以57%-75%的產率，92.5:7.5-96:4的er得到相應的產物4b-4e（Fig. 2B）。

（圖片來源：Science）

在成功實現了Br?nsted酸催化的不對稱C-O和C-N鍵形成S_N1反應后，作者進一步探索了利用類似方法實現C-C鍵構建的可能性（Fig. 3）。當作者使用1-苯乙基醋酸酯5a時，在IDPi催化劑2e的催化下與碳親核試劑烯醇硅醚2e反應可以以85%的產率，92.5:7.5的er值得到相應的產物6a。此外，作者對不同取代的1-苯乙基醋酸酯兼容性進行了考察，同樣以良好的產率（84-96%）和對映選擇性得到相應的產物6b-6h（Fig. 3A）。值得注意的是，作者還對其它碳親核試劑的兼容性進行了考察（Fig. 3B）。當時用IDPi催化劑2g時，還可以與芳烴實現涉及芐基碳正離子的不對稱Friedel-Crafts烷基化反應，以52-65%的產率，96:4-98:2的er得到相應的產物7a-7d（> 50:1 rr）。

（圖片來源：Science）

為了深入理解芐基正離子S_N1反應機理，作者進行了實驗和計算研究（Fig. 4A）。首先，作者分別利用消旋的底物rac-1a和光學純的底物(R)-1a與(S)-1a在最優條件下反應時，所得到的產物3a的主要對映體相同，且產率基本相同。這與作者設想的離子對形成后，通過親核試劑進攻芐位碳正離子機理（S_N1）相一致（Fig. 4B）。有趣的是，當作者使用¹H NMR在-60°C下分別監測每種底物[rac-1a，(S)-1a和(R)-1a]的C-O成鍵反應時，發現兩種對映體的反應速率相似，幾乎沒有動力學上的差異（Fig. 4C）。接下來，作者分別通過¹H NMR、¹³C NMR和HSQC來觀察離子對的形成，并通過核磁波譜清楚地表明不同的抗衡陰離子與碳正離子非常接近（Fig. 4D-4F）。最后，作者通過DFT計算展示了一系列催化劑與碳正離子的相互作用在形成主要對映體的過渡態過程中發揮著至關重要的作用（Fig. 4G-4I）。

（圖片來源：Science）