JACS封面 川大余達剛課題組利用CO2高效高選擇性地構建手性高苄醇和高烯丙醇

導讀

近期，四川大學余達剛教授課題組的發表關於利用CO2，在銅催化的條件下合成手性高苄醇和高烯丙醇的文章，登上JACS的封面。其課題組主要研究的是用苯乙烯衍生物和1,3-二烯衍生物通過銅配位催化，CO2插入，消除得到高度區域選擇性和對映選擇性的手性高苄醇和高烯丙醇，突破性的解決了利用CO2不對稱催化合成手性高級醇的問題。J. Am. Chem. Soc.,2017,139(47), pp 17011–17014DOI:10.1021/jacs.7b10149

跳轉閱讀重磅！2017年中國高校發表SCI論文綜合排名報告發布

在有機合成中，CO2是一個非常重要和有吸引力的引入C原子的原料，因為它無毒，性質穩定，且易得。儘管有很多科學家的努力，但是利用CO2不對稱催化合成手性高級醇的問題尚未得到解決。余教授課題組成功的解決了該問題。

該課題組一開始利用1a作為模型底物，環己烷為溶劑，醋酸銅為催化劑，在一個大氣壓的CO2下，選擇不同的磷配體進行試驗反應，通過篩選，發現(R)-DTBM-SEGPHOS為最佳配體，可以達到98:2的er。課題組還對溫度和溶劑進行了篩選，通過x射線晶體學來確定2a的絕對構型。

苯乙烯衍生物的擴展：如表二。

對於聯苯類苯乙烯（2b-2g）或者連接一個其他芳香環，比如呋喃（2h）,噻吩（2i）或者連接一個稠環體系，比如2j，產物的產率和對映選擇性都很好，其產率可高達96%，其對映選擇性可高達99:1的er。簡單的苯乙烯衍生物，不管是給電子基團（2l,2n-2p）還是吸電子基團（2m,2r,2s），反應都有很好的耐受性，且產率和立體選擇性也都不錯。對於多取代苯乙烯衍生物（2t-2x)，實驗證明也是適合本反應的，都有不錯的產率和對映選擇性，產率從77%到91%，對映選擇性從97：3的er 到大於99.5:0.5的er。各種不同的官能團對於本反應都有良好的耐受性，比如鹵素，胺基，醚鍵和酯基等，這就為反應的繼續轉換提供的極大的便利。

1，3-二烯衍生物的擴展：如表三。

相對於苯乙烯衍生物，1，3-二烯衍生物的挑戰更加巨大，（1）在銅催化時，1,2和1,4加成的選擇性的不同；（2）對剩下的雙鍵的Z/E的選擇性的控制；（3）單羥甲基化和過度還原，多羥甲基化也是一對競爭反應。帶著這些挑戰，該課題組進一步微調反應條件，成功的從3得到了我們目標產物1,4加成產物4,且反應產率很高，極佳的區域選擇性，對映選擇性和Z-選擇性。富電子底物（3d,3e），有中等吸電子對位取代基底物（3b,3c）,間位取代基底物（3f）和鄰位取代基底物（3i,3g,3h）,都有不錯的產率和對映選擇性，產率從63%到91%，對映選擇性從90：10的er 到97:3的er。在上述示例中，都有大於20:1的1,4加成的區域選擇性產物和大於20:1的Z式的非對映異構選擇性的同分異構的產物得到。

在所有的底物中都有較高的產率，非常好的er值，並且許多官能團，包括鹵化物、胺、醚和酯，都得到了很好的耐受性，這為進一步的轉變提供了巨大的機會，並且對產物的轉化和應用也進行了很多的嘗試，成果也是很豐厚。為了展示其優秀的繼續轉化力，如Scheme 2。一開始，一系列的親核試劑和2a反應產率很高的就得到了手性產物8-11。該課題組又擴展範圍，手性化合物12，,13也高產率高選擇性的得到。

反應機理的研究：

該課題組研究了一些實驗來試圖證明該反應的機理（如下圖）。首先，在銅催化下，(EtO)3SiH和CO2反應可以中等產率的得到化合物5，然而，5和1o反應沒有得到產物2o,證明硅基甲酸鹽可能不是活躍的中間。那二氧化碳的非生產性和競爭性的氫硅化也可能解釋對硅烷大量過剩的要求轉換。接著，在化合物1m,預活化的銅試劑和L3和(EtO)3SiH的化學計量反應中，得到了50%核磁產率的絡合物6，絡合物6在CO2下很溫和的就能到7。基於這些研究的結果和之前的報道，我們提出了如下圖的可能機理。首先，在硅烷條件下產生A,隨後烯烴高區域選擇性和對映選擇性的插入到Cu-H鍵中，形成B，B可以和CO2反應形成銅羧酸鹽C,進一步氫硅烷還原C生成銅金屬醇鹽D，最後，D在SiH下轉金屬生成E,然後脫去硅醚鍵生成2。

總結，該課題組的發展了CO2參與的不對稱C-C鍵形成反應，高效高選擇性的構建了一系列的高苄醇和高烯丙醇，具有很強的原始創新性和獨特性，為CO2在有機合成中的應用提供了新的思路。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！