维也纳大学Maulide 课题组:外消旋的二级有机锌试剂通过对映归一性的negishi偶联获得手性的骨架-实验和理论共同研究

楼市   2024-11-14 22:15   湖南  
期刊名:Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202414868

      对映收敛反应是外消旋混合物转化为对映异构富集产物的反应,是不对称催化领域的一个重要子类。到目前为止,有几种方法可以获得这种反应,并且通常可以分为两个不同的机制:在一个对映体与手性催化剂选择性反应之前的可逆外消旋反应(立体变反应)和在底物上的手性被破坏以原位生成非手性中间体的反应。这种前手性物质然后与手性催化剂相互作用形成新的产物,即所谓的立体消失反应(图1a)。

      在对映收敛反应中,有机锌化合物是一类特别有趣的试剂。虽然与其他有机金属亲核试剂(如有机锂或格氏试剂)相比,它们较低的反应活性确保了高官能团耐受性,但由于碳锌键的共价程度高,有机锌化合物通常被认为是结构稳定的。这一事实已被用于立体定向交叉偶联反应,使用构型明确的有机锌化合物,如Knochel(图1b)所开创的。然而,在某些条件下,有机锌化合物在溶液中也会外消旋,正如作者在第一个对映会聚的negishi交叉偶联中所部署的那样。

      这一领域仍有许多未解决的问题,比如哪些亲电试剂适合与有机锌亲核试剂进行对映收敛交叉偶联反应,哪些条件是实现这种转化所必需的?添加剂对有机锌化合物的立体化学稳定性有什么影响?碳-锌键的构型反转是通过什么机制发生的?

      作者主要把注意力集中在简单的芳基亲电试剂上。这将有效地获得1,1-二芳烯,这是药物中的一种常见结构(图1c)。在这里,作者提出了一种对映收敛的Negishi交叉耦合(图1d)的方法,使用独特的立体变动态动力学分辨率(DKR)机制来获取这种结构。

      作者在之前开发的条件下开始了研究,使用苯基有机锌试剂2a,醋酸钯作为钯源,在室温下以甲基叔丁基醚(MTBE)为溶剂,配体略微过量(图2)。基于Knochel的一项重要发现,即在立体特异性交叉偶联反应中,添加卤化锌会导致对映体选择性的降低,作者假设碳锌键的更快反转对该系统有益,便使用氯化锌作为添加剂。以4-碘苯甲酸乙酯1a为亲电试剂模型,以Negishi交叉偶联中性能最好的TADDOL-磷酰胺配体L1为基础,以高产率合成了理想的1,1-二芳基乙烷1a。令人吃惊的是,产物几乎是外消旋的。随后作者决定在配体中引入手性胺骨架,这没有导致任何改善(L2L3)。接着,作者研究了亚磷酸盐配体。虽然这种配体类型含手性醇(L4)或手性二醇(L5)的初步结果令人失望,但他们发现两种手性构建块的组合更有希望(L6-L9)。

      众所周知,路易斯酸碱配合物具有更快的转金属速率,作者首先假设在没有锂盐的情况下,制备有机锌试剂可以获得更高的对映选择性。事实上,使用无锂锌试剂2a'的反应会导致更高水平的对映体过量(图3entry 1)。然后他们研究了取代基对亚磷酸酯骨架的影响。改变TADDOL上的芳基导致e.r降低(L10entry 2),表明从研究开始就使用的对叔丁基对反应结果有有益的影响。将薄荷醇支架改为市售的苯基薄荷醇导致e.r增加(L11entry 3)。

      接下来,作者筛选了其他参数,包括溶剂、亲电试剂上的离去基团、钯源和钯/配体比。MTBE被证明是最好的溶剂,肉桂酰氯钯是最有效的钯源,配体与钯的比例为1:1是理想的。进一步发现,虽然氯化物不活泼(entry 4),但通过使用芳基溴来减缓氧化加成对er值有好的影响(enrty 5)。在配体上使用更大体积的苯薄荷醇衍生物导致er值略有下降(entry 6)。将亲核试剂的性质改为相应的有机溴化锌,其对映选择性水平相当,但产率较低(entry 7)。最后,在不同的温度下进行反应(entry 89),发现21°C的反应温度是理想的(entry 9)。

       作者随后研究了该反应的范围(图4)。在亲电试剂上,几个邻位和间位取代基耐受性良好。在相对位置上,缺电子取代基(3a-3c)以及炔(3d)、烯(3e)和芳基(3f)得到了收率高、电化学性能好的理想产物和er值。硫醚和醚基团(3g3j)得到的期望产物具有相似水平的对映体选择性。在间位,使用硫醚和氯取代基(3h3i)得到了类似的结果。双取代芳烃,包括间对取代基和间取代基的耐受性良好(3k-3m),包括潜在的反应性环酮(3l)。引人注目的是,苯氯化物是可行的底物(3n),提供了以前开发的镍基方法无法获得的产品。

      接下来他们研究了亲核试剂的范围。在烷基部分,体积更大的体系导致对映体过量(3o-3q)的轻微增加,使期望的产品对映体比高达90:103p)。最后,为了生成一个潜在的有趣的二芳基化合物,含氟有机锌亲核试剂与几种含氟亲电试剂的组合产生了极好的产率和所需产物的对映体比(3r - 3y)。邻位取代苄基溴导致了较低的收率和ee值(3z)。

为了解决这一转化的关键问题,作者进行了DFT计算来阐明反应机制,并解释了以TADDOL衍生物作为配体观察到的增强的对映体选择性。其中在金属转化阶段出现非对映体途径,金属转化过渡态(S)-TSC-D(R)-TSC-D之间的相对能差反映了所选体系的对映选择性潜力。

      总之,作者团队开发了一种外消旋二级有机锌试剂与芳基亲电试剂进行对映收敛Negishi交叉偶联的方法,开发了新的配体骨架。在进一步优化其他参数后,我们新开发的程序的通用性在大的底物范围内得到了证明,得到了相应的1,1-二芳烷,收率通常很高,对映选择性中等至良好。通过计算研究,作者进一步拓宽了对这种反应的理解。较低的对映体选择性的主要原因,不像预期的那样,是配体诱导的低对映体形成,而是一个竞争的配体解离,导致外消旋产物。计算数据还表明,有机锌化合物的外消旋化很可能是通过桥接的双分子机制发生的,这合理地解释了卤化锌对有机锌化合物构型稳定性的影响。


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