CCS Chemistry | 南開大學周其林&肖力軍:綠色、高效鎳催化不對稱...

2020-11-30 澎湃新聞

南開大學周其林院士課題組使用本組發展的手性螺環胺基膦配體SpiroAP成功實現了鎳催化芳基硼酸對芳基烯烴和1,3-共軛二烯的不對稱氫芳化反應，為手性1,1-二芳基烷烴和手性烯丙基化合物的合成提供了新的方法。

氫芳化反應是指一個氫原子與一個芳基分別加到烯烴雙鍵兩端的反應。它是構建與芳環直接相連C−C鍵的最有效方法之一。過渡金屬催化的烯烴不對稱氫芳基化反應是一種簡單、高效合成手性芳香烷烴化合物的方法。目前此類反應按機制分主要有兩種類型：經過芳烴C–H鍵活化的氫芳化反應和採用負氫試劑的還原氫芳化反應，但均存在局限性。前者需要難以脫除導向基團的芳烴作底物，後者產生廢料比較嚴重，反應不綠色。

南開大學周其林課題組一直致力於發展簡單、高效、高選擇性的烯烴官能團化反應。他們研究發現零價鎳絡合物能夠與醇O−H鍵發生氧化加成形成Ni−H關鍵中間體，並在此基礎上實現了鎳催化芳基硼試劑對烯烴的氫芳化反應（圖1）。該反應原料易得、條件簡單、無需外加負氫試劑，是一種高效、綠色的C–C成鍵反應。

圖1鎳催化芳基硼試劑對烯烴的氫芳化反應

首先，經過對多種配體的考察，作者發現本課題組發展的手性螺環胺基膦配體SpiroAP具有最高的對映選擇性。據此研究確立了以Ni(COD)2為催化劑前體，(S)-SpiroAP為配體，5 mol% tBuOK為添加劑，正丙醇為溶劑的最佳反應條件。在此最佳反應條件下，分別對底物（芳基硼酸底物、芳基烯烴底物）的適用範圍進行了考察（圖2、圖3）。

圖2芳基硼酸的適用範圍

對於芳環的鄰位、間位以及對位含有取代基的硼酸底物，反應均能給出中等及以上的收率（51−99%）和較高對映選擇性（80−92% ee）（圖2，3a-3q）。對於芳環上的不同類型的取代基，包括吸電子基、供電子基、大位阻取代基，反應體系均能適用。另外，反應具有良好的官能團耐受性，對於含有矽氧基、酯基、酮羰基、醯胺以及氯代的芳基硼酸，反應都能給出中等以上的收率（58−97%）和較高的對映選擇性（79−88% ee）。另外，作者還對烯基硼酸底物進行了考察（圖2，3q-3s）。反應能以較高的收率和對映選擇性得到氫烯基化產物。

圖3 芳基烯烴與1,3-共軛二烯的氫芳基化反應

對於含有胺基、羥基、以及苯並呋喃、吡啶等雜環的烯烴底物（圖3，5a-5e；5h-5i），反應能以高的收率（80−95%）和對映選擇性（88−91% ee）得到目標產物。當芳基烯烴含有吸電子基或者鄰位取代基時（圖3，5f-5g），反應的對映選擇性會有所下降，但仍能以較高的收率得到相應的產物。對於一系列帶有不同取代基的硼酸底物和1,3-共軛二烯底物，反應均能給出中等及以上的收率（43–95%）和較高的對映選擇性（77–84% ee）(圖3，5m-5t)。

值得一提的是，採用這一不對稱氫芳化反應能夠從簡單易得的原料出發，以高收率和高對映選擇性一步製備抗癌活性分子5j和5l以及抗病毒活性分子5k，充分展示了反應的潛在應用價值。

此研究首次將手性螺環胺基膦配體應用到不對稱偶聯反應中，為手性1,1-二芳基烷烴和手性烯丙基化合物的高效合成提供了新的方法。該方法綠色環保、經濟高效，在一些具有生物活性化合物（例如天花和癌症治療藥物）的合成中將有非常大的應用價值。此工作以communication的形式發表在CCS Chemistry2019年第四期。

文章詳情：

Ligand-Enabled Ni-Catalyzed Enantioselective Hydroarylation of Styrenes and 1,3-Dienes with Arylboronic Acids

Xin-Yang Lv, Chao Fan, Li-Jun Xiao, Jian-Hua Xie, and Qi-Lin Zhou

Cite this: CCS Chem. 2019, 1, 328–334.

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