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有机铑催化含有环己二烯酮的1,6二 [复制链接]

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有机小分子催化和过渡金属催化的基于环己二烯酮的串联去对称环化反应是构建具有多个立体中心的环状化合物的重要方法之一。相比基于环己二烯酮的1,6-烯炔和1,6-烯联烯而言,由于烯烃的活性较炔烃和联烯低,基于环己二烯酮的1,6-二烯的串联环化反应研究较少。缺电子烯烃底物活性比孤立的烯烃要高,近些年,有机小分子催化的环己二烯酮连接的α,β-不饱和化合物的不对称串联环化反应得到了发展,但是它们均是经历迈克尔/迈克尔串联反应历程得到α-环化的产物。年,上海中医药大学林国强研究员以及田平研究员实现了铑催化基于环己二烯酮的1,6-二烯的不对称硼化环化反应,实验和计算表明环张力是控制1,6-二烯环化过程区域选择性的重要驱动力。设想环张力能否控制Rh-H对环己二烯酮连接的α,β-不饱和化合物插入的区域选择性,进而实现不常见的反迈克尔/迈克尔串联反应历程得到β-环化的产物(图1)。图1.铑催化还原环化反应设计近期,上海中医药大学田平研究员与浙江大学洪鑫教授课题组合作首次实现了铑催化的环己二烯酮连接的α,β-不饱和化合物的不对称还原β-环化,其涉及罕见的反迈克尔/迈克尔串联过程。此反应对多种官能团都具有良好的耐受性,如烷基卤素、硅醚、酯、胺、酰亚胺、乙烯基、炔基、过氧键和缩醛等(图2)。此外,作者进一步尝试了产物多样性的转化,包括羰基的选择性还原、羟醛缩合/氧-迈克尔加成级联反应、酸性条件下的芳构化反应及[4+2]环加成反应(图3)。图2.底物范围图3.产物转化随后,通过DFT计算对反应的过程、反应的区域选择性以及对映选择性进行了解释。计算结果表明,氢转移和环化过程的能量变化如图4所示。通过比较过渡态TS14、TS17、TS19及TS20间的能量差异,证实了反应的立体选择性是由烯烃插入步骤决定的。图4.(a)DFT计算烯烃立体选择性插入和环化的自由能变化(b)立体选择性的起因(c)非对映选择性环化的起因另外,进一步计算了不同环化路径的自由能,探索了反应区域选择性的内在驱动力,如图5所示。通过比较α-环化过渡态TS24与β-环化过渡态TS17(相差12.8kcal/mol)、环化产物3a与3a’的稳定性差异(相差6.8kcal/mol),证实了反应有利于通过β-环化路径形成[5,6]-并环产物3a。图5.(a)α-环化与β-环化反应间的竞争(b)形成5-元和6-元环化产物的热力学稳定性综上,本论文成功发展了铑(III)催化环己二烯酮连接的α,β-不饱和醛、酮、酯、酰胺、砜和膦酸酯等底物的不对称还原环化反应,反应经历铑、硅氢与α,β-不饱和烯烃的区域选择性加成(反迈克尔加成)和环张力控制的迈克尔加成两步串联历程,可以以良好的产率(高达97%的产率)、优异的非对映选择性(20:1dr)和对映选择性(99%ee)获得顺式-氢化苯并呋喃、顺式-氢化吲哚和顺式-氢化茚等光学纯的环状化合物。此外,作者还进行了产物的几种简单的转化,以阐述这种新型环化反应在的合成中的潜在应用。最后,利用DFT计算,从理论层面详细阐明了反应区域选择性、对映选择性和非对映选择性控制的内在机制。这一成果近期发表在ACSCatalysis上,上海中医药大学研究助理许浩、中国科学院上海有机所谈云轩博士以及浙江大学谢培培博士研究生为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金委、上海市科委、上海市教委、上海市中药化学生物学前沿科学研究基地、清洁能源利用国家重点实验室及浙江大学化学系的经费支持。原文(扫描或长按
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有机小分子催化和过渡金属催化的基于环己二烯酮的串联去对称环化反应是构建具有多个立体中心的环状化合物的重要方法之一。相比基于环己二烯酮的1,6-烯炔和1,6-烯联烯而言,由于烯烃的活性较炔烃和联烯低,基于环己二烯酮的1,6-二烯的串联环化反应研究较少。缺电子烯烃底物活性比孤立的烯烃要高,近些年,有机小分子催化的环己二烯酮连接的α,β-不饱和化合物的不对称串联环化反应得到了发展,但是它们均是经历迈克尔/迈克尔串联反应历程得到α-环化的产物。年,上海中医药大学林国强研究员以及田平研究员实现了铑催化基于环己二烯酮的1,6-二烯的不对称硼化环化反应,实验和计算表明环张力是控制1,6-二烯环化过程区域选择性的重要驱动力。设想环张力能否控制Rh-H对环己二烯酮连接的α,β-不饱和化合物插入的区域选择性,进而实现不常见的反迈克尔/迈克尔串联反应历程得到β-环化的产物(图1)。图1.铑催化还原环化反应设计近期,上海中医药大学田平研究员与浙江大学洪鑫教授课题组合作首次实现了铑催化的环己二烯酮连接的α,β-不饱和化合物的不对称还原β-环化,其涉及罕见的反迈克尔/迈克尔串联过程。此反应对多种官能团都具有良好的耐受性,如烷基卤素、硅醚、酯、胺、酰亚胺、乙烯基、炔基、过氧键和缩醛等(图2)。此外,作者进一步尝试了产物多样性的转化,包括羰基的选择性还原、羟醛缩合/氧-迈克尔加成级联反应、酸性条件下的芳构化反应及[4+2]环加成反应(图3)。图2.底物范围图3.产物转化随后,通过DFT计算对反应的过程、反应的区域选择性以及对映选择性进行了解释。计算结果表明,氢转移和环化过程的能量变化如图4所示。通过比较过渡态TS14、TS17、TS19及TS20间的能量差异,证实了反应的立体选择性是由烯烃插入步骤决定的。图4.(a)DFT计算烯烃立体选择性插入和环化的自由能变化(b)立体选择性的起因(c)非对映选择性环化的起因另外,进一步计算了不同环化路径的自由能,探索了反应区域选择性的内在驱动力,如图5所示。通过比较α-环化过渡态TS24与β-环化过渡态TS17(相差12.8kcal/mol)、环化产物3a与3a’的稳定性差异(相差6.8kcal/mol),证实了反应有利于通过β-环化路径形成[5,6]-并环产物3a。图5.(a)α-环化与β-环化反应间的竞争(b)形成5-元和6-元环化产物的热力学稳定性综上,本论文成功发展了铑(III)催化环己二烯酮连接的α,β-不饱和醛、酮、酯、酰胺、砜和膦酸酯等底物的不对称还原环化反应,反应经历铑、硅氢与α,β-不饱和烯烃的区域选择性加成(反迈克尔加成)和环张力控制的迈克尔加成两步串联历程,可以以良好的产率(高达97%的产率)、优异的非对映选择性(20:1dr)和对映选择性(99%ee)获得顺式-氢化苯并呋喃、顺式-氢化吲哚和顺式-氢化茚等光学纯的环状化合物。此外,作者还进行了产物的几种简单的转化,以阐述这种新型环化反应在的合成中的潜在应用。最后,利用DFT计算,从理论层面详细阐明了反应区域选择性、对映选择性和非对映选择性控制的内在机制。这一成果近期发表在ACSCatalysis上,上海中医药大学研究助理许浩、中国科学院上海有机所谈云轩博士以及浙江大学谢培培博士研究生为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金委、上海市科委、上海市教委、上海市中药化学生物学前沿科学研究基地、清洁能源利用国家重点实验室及浙江大学化学系的经费支持。原文(扫描或长按
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