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哈工大(深圳)陳芬兒院士團(tuán)隊(duì)游恒志課題組Chem. Sci. 綜述:銅催化消旋底物的不對(duì)稱烯丙基取代反應(yīng)

來源:哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)      2024-06-04
導(dǎo)讀:近日,哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)陳芬兒院士團(tuán)隊(duì)游恒志課題組在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《化學(xué)科學(xué)》(chemical science)上發(fā)表題為銅催化消旋底物的不對(duì)稱烯丙基取代反應(yīng)(Copper-catalyzed asymmetric allylic substitution of racemic/meso substrates)的綜述論文。該論文從銅催化消旋底物在不對(duì)稱烯丙基取代反應(yīng)中經(jīng)歷的動(dòng)力學(xué)過程出發(fā),概述了該領(lǐng)域在過去二十多年中取得的進(jìn)展,并展望了該領(lǐng)域之后的發(fā)展路線?!痘瘜W(xué)科學(xué)》是英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)旗下的旗艦期刊,最新影響因子為8.4,在化學(xué)以及材料學(xué)領(lǐng)域享有崇高的學(xué)術(shù)聲譽(yù)。
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自Trost課題組在Pd催化的不對(duì)稱烯丙基取代(asymmetric allylic substitution,AAS)反應(yīng)的開創(chuàng)性工作以來,過渡金屬催化的AAS反應(yīng)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)手性C-C和C-X鍵高效構(gòu)建的強(qiáng)大工具。近年來,盡管Pd、Rh和Ir催化的穩(wěn)定親核試劑的AAS反應(yīng)已經(jīng)充分發(fā)展,為眾多天然產(chǎn)物全合成提供了重要的方法學(xué)上的支撐。然而,目前該領(lǐng)域中適用于非穩(wěn)定親核試劑(pKa > 25)的AAS反應(yīng)的報(bào)道仍較少。與貴金屬Pd不同,金屬Cu對(duì)于非穩(wěn)定的親核試劑有卓越的催化效果。自1995年Koten課題組在Cu催化AAS反應(yīng)的開創(chuàng)性工作之后,適用于前手性底物的AAS反應(yīng)不斷被發(fā)掘。可惜的是,目前適用于外消旋以及內(nèi)消旋底物的Cu催化的AAS反應(yīng)仍存在較多空白。以外消旋底物為例,與前手性底物相比,盡管外消旋底物的種類更豐富,具有較大的研究?jī)r(jià)值。但是,由于外消旋底物是由一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體組成的混合物,如果其AAS反應(yīng)中不存在動(dòng)力學(xué)過程,則兩種底物直接都會(huì)與親核試劑發(fā)生反應(yīng),進(jìn)而形成消旋的產(chǎn)物。因此,通過外消旋底物合成具有光學(xué)純的產(chǎn)物需要科學(xué)家們?yōu)槠湓O(shè)計(jì)合理的動(dòng)力學(xué)過程。Cu催化外消旋底物的AAS反應(yīng)中常見的動(dòng)力學(xué)過程主要?jiǎng)恿W(xué)拆分(KR),動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分(DKR),直接匯聚轉(zhuǎn)化(DET)以及動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化(DyKAT)等??茖W(xué)家們通過篩選優(yōu)化反應(yīng)中使用的底物類型,配體結(jié)構(gòu)以及溶劑或添加劑種類,對(duì)反應(yīng)中各個(gè)過渡態(tài)反應(yīng)能量進(jìn)行調(diào)控,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)速率及反應(yīng)路徑的控制,使得外消旋底物經(jīng)歷各種動(dòng)力學(xué)過程,實(shí)現(xiàn)了光學(xué)純AAS產(chǎn)物的合成。

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圖1. 外消旋底物的AAS反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程

該論文以外消旋底物AAS反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程為切入點(diǎn),概述了銅催化消旋底物的AAS反應(yīng)在過去二十多年中取得的發(fā)展,闡述了這些AAS反應(yīng)中存在的動(dòng)力學(xué)過程,所使用的催化體系,反應(yīng)的底物范圍以及其在化學(xué)合成中的實(shí)際應(yīng)用,為該領(lǐng)域的研究者提供一份入門指南。此外,作者還在論文最后對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了前瞻性的展望,強(qiáng)調(diào)了該領(lǐng)域中仍需要設(shè)計(jì)出更有效的催化體系解決外消旋直鏈底物以及惰性底物的AAS反應(yīng),并需要開發(fā)適用于季碳中心的合成方法以實(shí)現(xiàn)該方法在化學(xué)合成中的更廣泛的應(yīng)用。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)為論文第一通訊單位,陳芬兒院士,游恒志教授,朱宇翔副教授為本文的通訊作者,理學(xué)院的博士生黎君以及助理教授黃均榮為論文的共同第一作者。

文章DOI號(hào):10.1039/D4SC02135E


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