(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
正文
在过渡金属催化体系中,手性配体的设计和合成是获得立体化学靶标以及发现能够提高反应效率和选择性的新型催化模式的有效途径。传统上,过渡金属催化剂的手性环境是通过修饰单个手性配体的结构来优化的。在范围和适应性方面,通过结合两个离散亚基的优势来利用配体协同的另一种模式更倾向于开发手性催化剂库,而不是设计复杂的配体(Figure 1A)。特别是两个离散配体之间的非共价相互作用能够对特定转化中多配体体系进行微调,以及在控制相应金属配合物的反应性和立体控制能力方面进行快速多维优化。下载化学加APP到你手机,更加方便,更多收获。
近年来,铂催化炔烃与氮亲核试剂的亲电活化反应,提供了一种新型的反应模式,生成了α,β-不饱和卡宾配合物。同时,双重催化立体选择性反应也取得了重大的进展。在这方面,Ferreira课题组(Org. Lett. 2016, 18, 64.)报道了一种开创性的Lewis酸介导烯醇亲核试剂与α,β-不饱和铂卡宾的插烯加成反应,合成了一系列稠合杂环化合物。然而,涉及α,β-不饱和铂卡宾中间体参与的化学和对映选择性反应的不对称催化反应,仍有待进一步的探索。因此,作者将重点转移到从现成的离散个体中创建结构多样的多配体(multiligated)Pt(LN)(LP)配合物上(Figure 1B)。近日,中国科学技术大学郭昌课题组开发了一种新型的多配体Pt(LN)(LP)配合物,实现了Pt/Cu双重催化的化学和对映选择性插烯加成反应,合成了一系列功能化吲哚化合物,具有优异的对映选择性(Figure 1C)。
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首先,作者设计与合成了一系列新型Pt(LN)(LP)配合物(Figure 2)。值得注意的是,分离出的Pt(LN)(LP)配合物对空气和水分极为稳定,可以在标准小瓶中储存数月,使其成为简化铂催化的理想平台。
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其次,作者以丙炔酯衍生物1a与β-酮膦酸酯2a作为模型底物,进行了相关反应条件的筛选(Table 1)。当采用(R,R)-Pt-M2(5 mol%)作为铂配合物,Cu(OTf)2(10 mol%)作为催化剂,(R,R,S,S)-LN5(12 mol%)作为铜催化配体,在丙酮溶剂中35 oC反应48 h,可以85%的收率和97%ee得到吲哚产物3a。
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为了更好地了解双重金属催化的协同效应,作者进行了一系列控制实验(Table 2)。研究结果表明,两种催化剂之间没有配体交换,立体化学是通过手性铜配合物诱导的(entries 1-3)。同时,box配体和膦配体在催化体系中都起着重要作用(entries 4-8)。值得注意的是,在没有任何反应组分(铂配合物、铜盐和铜催化剂的LN配体)的情况下,没有观察到反应,验证了该过程中的协同活化模式是有效的(entries 9-11)。
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在获得上述最佳反应条件后,作者对底物范围进行了扩展(Figure 3)。首先,一系列非环状和环状β-酮膦酸酯衍生物2,均可顺利反应,获得相应的产物3a-3l,收率为45-97%,ee为89->99%。其次,芳基上含有不同电性取代的炔丙基醚衍生物1,也能够顺利进行反应,获得相应的产物3m-3x,收率为53-94%,ee为89-99%。
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紧接着,作者将底物范围进一步扩展至β-酮酯衍生物(Figure 4)。通过对反应条件的再次优化后发现,(R,R)-Pt-M14与(R,R,S,S)-LN4作为最佳的组合。在此条件下,一系列不同取代的β-酮酯4以及芳基上含有不同电性取代的炔丙基醚衍生物1,均可顺利反应,获得相应的产物5a-5p,收率为58-96%,ee为63-96%。
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随后,作者对反应的实用性进行了研究(Figure 5)。首先,通过上述的策略可合成两种立体异构体产物6,并且通过铂催化的分子内Friedel-Crafts烷基化后,可以高产率生成加合物7的所有四种立体异构体,具有优异的非对映选择性和对映选择性(dr 11:1-15:1; ee > 99%),实现了吲哚衍生物的立体发散合成(Figure 5A)。其次,吲哚衍生物3a在酸性条件下,可以92%的收率得到环戊二烯[b]吲哚衍生物8,且对映选择性不受影响(Figure 5B)。同时,吲哚衍生物3a中Boc保护基在选择性脱除后,可与甲基酮缩合,可以67%的收率得到吡咯并吲哚衍生物9,且对映选择性不受影响。
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最后,作者提出了一种合理的催化循环过程(Figure 6)。首先,新型铂催化剂与炔丙基醚1反应,从而引发双重催化的过程。通过亲核氮单元以分子内方式与亲电活化的炔烃加成,可生成环状α,β-不饱和卡宾配合物I。随后,消除炔丙基位的甲氧基,其作为合适的离去基团。同时,铜催化剂与β-酮膦酸酯2的配位,生成亲核金属化烯醇化物II。在过渡态中,β-酮膦酸酯以双齿方式与CuII配合物配位,然后Pt结合的α,β-不饱和卡宾配合物从Si面接近,导致观察到的反应的立体化学结果。
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
总结
中国科学技术大学郭昌课题组报道了具有显著多样性的多配体Pt(LN)(LP)催化剂库的快速开发,从而加速了新反应性和立体选择性的发现。使用Pt/Cu双重催化策略已经实现了对映选择性插烯加成反应,它协同结合了新型设计的铂配合物和手性铜催化剂,可合成了一系列官能团化的吲哚衍生物,具有收率高、对映选择性出色、官能团兼容性良好等特点。值得注意的是,Pt/Cu双重金属体系有潜力成为一个可靠和通用的平台,用于开发各种有用的立体控制反应。
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