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JACS:CuH催化烯基芳烴的對映選擇性形式氫甲?;?/h3>

來源:化學加原創(chuàng)      2024-05-27
導讀:近日,美國麻省理工大學(Massachusetts Institute of Technology)Stephen L. Buchwald課題組與美國匹茲堡大學(University of Pittsburgh)劉鵬合作報道了CuH催化烯基芳烴的高對映選擇性形式氫甲?;磻?。該反應成功的關鍵是使用溫和的路易斯酸—三氟甲磺酸鋅,并通過乙酸二乙氧基甲酯(diethoxy methyl acetate)的活化來促進oxocarbenium親電試劑的形成。利用此策略,一系列不同取代的烯基芳烴底物均可有效的進行氫縮醛化反應,以良好的對映選擇性實現(xiàn)α-芳基縮醛產物,收率優(yōu)良且具有分支區(qū)域選擇性。此外,得到的縮醛產物可以轉化為相應的醛、醇和胺,并保持對映體純度。DFT計算表明烷基銅中間體與oxocarbenium親電試劑實現(xiàn)C?C鍵的形成是通過SE2-類型的機理實現(xiàn)了Cu?C鍵的構型反轉。相關成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上,文章鏈接DOI:10.1021/jacs.4c04287。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.


正文

對映體富集的醛在有機合成中具有重要的價值,因此化學家們對探索其高效構建方法具有極大的興趣。在眾多的合成方法中,烯烴的氫甲?;磻且环N經濟有效的方法。然而,對映選擇性氫甲?;磻嬖谥瘜W選擇性、立體選擇性和區(qū)域選擇性問題等一系列挑戰(zhàn)。因此,探索利用手性配體配位的金屬催化劑來高對映選擇性實現(xiàn)烯烴的氫甲?;磻哂兄匾饬x。雖然貴金屬催化的對映選擇性烯烴氫甲?;磻呀浫〉昧酥卮筮M展,但利用廉價金屬催化劑和無毒羰基源來實現(xiàn)烯烴的對映選擇性擇性氫甲?;^程還未有報道(Figure 1A)。最近,美國麻省理工大學Stephen L. Buchwald課題組美國匹茲堡大學劉鵬合作,使用簡單且商業(yè)可得的原酸酯作為活性親電試劑的前體,發(fā)展了CuH催化烯基芳烴的高對映選擇性形式氫甲?;磻‵igure 1B)。化學加——科學家創(chuàng)業(yè)合伙人,歡迎下載化學加APP關注。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

首先,作者使用4-苯基苯乙烯1a作為模板底物對此轉化進行了探索,并對反應條件進行了優(yōu)化(Table 1)。當使用4-苯基苯乙烯1a (0.20 mmol, 1.0 equiv), 乙酸二乙氧基甲酯 (0.30 mmol, 1.5 equiv), (MeO)2MeSiH (DMMS) (0.80 mmol, 4.0 equiv), CuOAc (6 mol%), L1 (7 mol%), Zn(OTf)2 (6 mol%)在THF (0.4 M)中室溫反應15小時可以以97%的核磁產率得到相應的縮醛產物2a(er = 98:2)(entry 2)??刂茖嶒灡砻鳎跊]有CuOAc時并沒有得到產物,這表明了銅在氫縮醛化反應中具有重要作用,并排除了鋅催化反應途徑。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

在得到了最優(yōu)反應條件后,作者對此轉化的底物范圍進行了考察(Table 2)。實驗結果表明,一系列不同取代的烯基芳烴底物均具有良好的兼容性,以68-95%的產率和良好的區(qū)域選擇性和對映選擇性(89:11-99:1 er)得到相應的α-芳基縮醛產物2a-2y。其中包括一系列不同的官能團,如芳基鹵 (2d2e2j),醇(2m),醚(2g2i2r2p),胺(2k),酯(2y),叔酰胺(2q),吡啶(2t),咔唑(2n),噻吩(2v),哌啶(2k),吡咯(2x),苯并呋喃(2o)等均可兼容。此轉化的主要局限性是鄰位取代的底物反應時會得到競爭性的去芳構化產物。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

為了證明此轉化的實用性,作者對合成出的產物進行了衍生化(Scheme 1)。將縮醛產物在甲酸和戊烷中室溫反應1小時可以轉化為相應的醛產物3a(83%, 97:3 er)和3b(87%,99:1 er),其可以利用文獻報道的方法分別轉化為Fenoprofen和Ibuprofen。此外,得到的醛產物還可以通過氫化還原和還原胺化分別得到產物3c(85%,98:2 er),3d(90%,96:4 er) 和 3e (75%,98:2 er),3f(80%,97:3 er)。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

基于上述實驗結果,作者提出此轉化按照如下機理進行(Figure 2A):首先,CuH絡合物(A)與苯乙烯底物1發(fā)生對映選擇性加氫反應,生成Cu-烷基中間體(B),其可以隨后與oxocarbenium中間體5發(fā)生立體特異性反應形成縮醛產物2和CuOAc (D)。而D又可以通過與DMMS ((MeO)2MeSiH)反應轉化為活性CuH催化劑。隨后,作者又對此轉化過程進行了DFT計算并得出如下結論(Figure 2B-2D):1)在鋅促進的親電試劑活化過程中,當以Zn(II)四氫呋喃絡合物為催化劑時,通過TS-1形成oxocarbenium 5在熱力學上是有利的(ΔG = ?10.9 kcal/mol),且活化能壘較低(ΔG?= 8.9 kcal/mol);2)在銅催化的氫縮醛化反應過程中,Cu -烷基中間體9的縮醛化是通過一個立體可逆的SE2-型機理進行的,該機理涉及鋅催化原酸酯4的離子化形成親電試劑5。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.


總結

 Stephen L. Buchwald課題組和劉鵬課題組合作發(fā)展了一種CuH-催化烯基芳烴的對映選擇性形式氫甲酰化反應,以良好的對映選擇性實現(xiàn)了一系列α-芳基縮醛和醛衍生物的合成。該方法對各種官能團和雜環(huán)均具有良好的耐受性。DFT計算表明,路易斯酸三氟甲磺酸酯鋅(II)在活化原酸酯親電試劑形成高活性的oxocarbenium離子中起著重要的作用。此外,計算還表明,通過烯烴的對映選擇性加氫反應所生成的立體富集烷基銅中間體與原位生成的oxocarbenium離子通過立體轉移的可逆SE2-型反應機理生成α-芳基縮醛產物。此反應的發(fā)展為其它廉價金屬催化的氫甲酰化反應設計提供了新的思路。

文獻詳情:

CuH-Catalyzed Regio- and Enantioselective Formal Hydroformylation of Vinyl Arenes. 
Subhash Garhwal, Yuyang Dong, Binh Khanh Mai, Peng Liu,* Stephen L. Buchwald*
J. Am. Chem. Soc., 2024
https://doi.org/10.1021/jacs.4c04287.

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