Angew. Chem. :通过调控手性铱催化剂的氮中心手性实现的α,β-不饱和内酰胺手性翻转不对称氢化反应

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在手性配体和催化剂中,中心手性是最重要手性元素之一。具有稳定的中心手性的碳、磷、硫原子被广泛应用于设计新型配体(图1a)。拥有一对孤对电子的氮原子在以下情况也可以成为手性中心,(1) 以季铵盐形式存在; (2) 作为双环化合物的桥头(例如Troger’s base, Quinine) (图1b); (3) 氮中心手性的构型被固定。尽管一些含氮手性配体在与金属络合后会形成氮中心手性(图1c),这些手性催化剂也被广泛应用于各种各样的金属不对称催化反应中,但是氮中心手性的重要性一直没有得到广泛的重视。我们想可能的原因有如下:(1) 这些氮中心手性并不直接影响手性诱导过程; (2)在形成稳定的氮中心手性过程中,构型的选择性并不好,通常得到的是混合物; (3) 金属络合物可能发生金属与配体解离,难以形成稳定的氮中心手性;(4) 只能得到两种中的一种氮中心手性,所以无法对氮手性中心展开研究。



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图1

近日,复旦大学张俊良教授课题组和华东师范大学刘媛媛副教授课题组报道了通过调控手性铱催化剂的氮中心手性实现的α,β-不饱和内酰胺手性翻转不对称氢化反应(图1b)。作者设计并合成了一类简单易合成的具有碳中心手性和构型可翻转的氮中心的新型手性氮磷配体Rong-Phos。通过不同的配位条件,在已有的碳中心手性诱导下,作者能以高选择性和高产率分别得到热力学产物——氮中心手性为R的催化剂(RN)-cat和动力学产物——氮中心手性为S的催化剂(SN)-cat,并且作者通过单晶衍射确定了两种催化剂的绝对构型。

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图2

在得到这一对氮中心手性相反的催化剂后,作者将其应用于α,β-不饱和丁内酰胺的不对称氢化反应中。作者再筛选催化剂后后发现,在使用(RN)-cat作为催化剂时均能得到S构型的产物,使用(RN)-Me-cat2时ee可以达到90%,而使用(SN)-cat作为催化剂时却能得到R构型的产物,使用(SN)-Me-cat2时ee可以达到98%。随后作者进行了普适性考察(图3),反应都能顺利进行。为了进一步优化该反应,作者对配体进行了修饰并得到了(RN)-Bn-cat2,该催化剂在普适性考察能给出比(RN)-Me-cat2更优异的结果,最高以96% ee得到产物。

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图3

在对照试验中(图4),作者通过将催化剂的氮原子上的甲基移除,或者使用氮上含有两个甲基的铱催化剂来催化该反应,反应结果都不理想,这证明了该催化剂中氮中心手性在手性诱导过程中起关键作用。随后作者也通过DFT计算来进一步验证该结论,配体中氢键和底物羰基的相互作用在催化活性中至关重要。

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图4

在工作中,张俊良教授课题组和刘媛媛副教授课题组设计并合成了一类新型氮磷配体Rong-Phos,并通过不同的配位条件以高选择性得到了一对氮中心相反的手性铱络合物。使用这一对具有稳定氮中心手性的铱络合物作为催化剂,实现了α,β-不饱和内酰胺手性翻转高效不对称氢化反应。作者证明了金属络合物中氮中心手性的重要性,也为今后含氮手性配体的设计提供了启发。

文信息

Enantiodivergent Hydrogenation of Exocyclic α,β-Unsaturated Lactams Enabled by Switching the N-Chirality of Iridium Catalyst

Ronghua Zhang, Shan Xu, Zhou Luo, Prof. Dr. Yuanyuan Liu, Prof. Dr. Junliang Zhang


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202213600




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