文章基本信息
题目：Synthesis of chiral spiro-indenes via Pd-catalyzed asymmetric (4+2) dipolar cyclization
第一作者：何琳
通讯作者：陆良秋
通讯单位：华中师范大学化学学院
How to cite：He, L.; Qu B. L.; Xiao M.; Yu J. Q.; Yu J.; Cheng Y.; Zhang Z.; Xiao W. J.; Lu L. Q. Synthesis of chiral spiro-indenes via Pd-catalyzed asymmetric (4 + 2) dipolar cyclization. Chem. Synth. 2024, 4, 53. http://dx.doi.org/10.20517/cs.2024.39
正文内容
1.导读：含有季碳中心的手性茚化合物因其独特的分子结构广泛存在于许多具有生物活性的天然产物和药物分子中。为此，化学家们发展了许多策略用于构建该类化合物，其原理上可以分为两大类：一是通过从头构建手性茚结构合成手性茚化合物；二是对含有茚结构的化合物进行不对称官能团化反应合成手性茚化合物。然而，对于含有全碳季碳中心的手性螺环茚化合物的合成仍具有很高挑战性，目前仅有少数几例报道，且部分反应存在反应条件苛刻、效率较低、茚结构前体有限等不足。
2.图片摘要：
3.正文：华中师范大学的陆良秋教授团队长期致力于金属催化的不对称偶极环化反应研究。近些年，该团队发展了一种通用的可见光活化-过渡金属催化协同策略（J Am Chem Soc 2017, 139:14707-13; J Am Chem Soc 2019, 141:133-7; Angew Chem Int Ed 2020, 59:14096-100; Angew Chem Int Ed 2020, 59:17429-34; CCS Chem 2021, 3:3383-92; Sci Bull 2021, 66:1719-22; Sci China Chem 2022, 65:2437-43; Angew Chem Int Ed 2023, 62:e202212444; Org Chem Front 2023, 10:3498-503），为手性杂环的不对称催化合成提供了新的途径。近日，陆良秋教授团队发展了一例钯催化的不对称（4+2）偶极环化反应，在温和条件下高效、高选择性地合成了含有全碳季碳中心的手性螺环茚化合物。该反应以1-重氮萘-2(1H)-酮为原料，通过可见光促进的Wolff重排原位生成含有茚结构的烯酮关键中间体，随后迅速捕获体系中原位催化产生的π-烯丙基钯1,4-偶极体，通过不对称偶极环化过程生成目标化合物。通过对反应手性配体、溶剂、光源等条件的筛选，确定了最优的反应条件并进行了底物拓展。烷基、卤素取代的乙烯基苯并噁嗪酮底物以及卤素、烷基、烷氧基、苄基和芳基取代的1-重氮萘-2(1H)-酮底物均适用该反应体系，并且能给出中等及以上的产率、良好的对映选择性和非对映选择性。此外，该反应体系官能团兼容度高，在底物结构中引入酯基、噻吩、环己烯基、氰基、频哪醇硼酸酯基等各种官能团均能顺利得到相对应的目标产物。
为了验证该策略的合成潜力，作者尝试了克级规模实验和太阳光实验，均能以较高的收率、优异的对映选择性和非对映选择性得到目标化合物；接着，对合成的手性螺环茚化合物通过环氧化、还原、脱保护和氢化反应实现了官能团的多种转化，合成了结构多样的手性螺环茚衍生物。
作者通过与张之涵教授合作，利用理论计算对反应区域选择性的过渡态能量进行了分析。结果表明，与其它可能产物的过渡态能量相比，所生成的手性螺环茚化合物所经历的过渡态能量最低，产物也是热力学最稳定的。
4.展望：本文发展了一例钯催化乙烯基苯并噁嗪酮和1-重氮萘-2(1H)-酮的不对称（4+2）偶极环化反应，为含有全碳季碳中心的手性螺环茚化合物的不对称催化合成提供了一种新方法。该方法取得成功的一个关键因素是利用可见光促进Wolff重排生成了含有茚结构的烯酮中间体，它作为亲偶极体可以有效地捕获π-烯丙基钯1,4-偶极体，发生后续的不对称环化反应。期望结合可见光活化和不对称金属催化的偶极环化策略将来在手性碳、杂环的合成中得到更为广泛的应用。
基金支持
这项工作得到了国家自然科学基金（22271113和92256301）、国家重点研发计划（2022YFA1506100 和 2023YFA1507203）、华中师范大学和武汉光化学技术研究院的支持。
通讯作者介绍
陆良秋，华中师范大学教授、博士生导师。2011年博士毕业于华中师范大学，2011年至2013年在德国莱布尼茨催化研究所从事博士后研究，2013年6月回到华中师范大学开展独立研究工作。主要研究领域是杂环导向的绿色合成与不对称催化反应研究。独立工作以来，发表通讯作者论文80余篇，包括6篇JACS、18篇ACIE、1篇Nat. Catal.、2篇Nat. Commun.、2篇Chem、2篇CCS Chem.；他引12000余次，H-Index 63；应邀撰写《手性物质化学》等学术专著5个章节；获授权专利10项，授权使用4项。研究成果多次被Synfacts、Organic Chemistry Portal、Chem-Station、科学网、等学术期刊和网站专题报道。曾获得德国洪堡奖学金、全国百篇优秀博士论文、Thieme Chemistry Journals Awards、全球高被引科学家、Asian Core Program Lectureship Award等荣誉，2015年和2018年分别获湖北省杰出青年基金和国家基金委优秀青年基金资助。
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