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軸手性化合物廣泛存在于手性催化劑及配體中，其化學合成備受關注。BINAP和BINOL等二芳基軸手性化合物的合成已經(jīng)取得了不錯的進展，但關于合成同樣重要的非二芳基N-C軸手性化合物（Fig. 1a）的報道卻很少。到目前為止，合成非二芳基N-C軸手性化合物的方法主要包括手性拆分和對非手性N-C鍵化合物進行不對稱環(huán)化反應、N-官能團化反應和去對稱化反應等，而通過構(gòu)建新的N-C鍵合成手性非二芳基N-C軸手性化合物仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。

在過去的三年中，上海交通大學張書宇特別研究員課題組一直致力于開發(fā)有效的C-H胺化反應，其中，偶氮二甲酸酯表現(xiàn)尤為突出。通過調(diào)查研究，作者發(fā)現(xiàn)過渡金屬或Br?nsted酸可催化2-萘胺衍生物與偶氮二羧酸酯反應在C1位形成N-C鍵。于是，作者猜想可以通過這種直接C-H胺化反應合成具有挑戰(zhàn)性的非二芳基N-C軸手性化合物。

J?rgensen課題組開發(fā)了金雞納生物堿催化8-氨基-2-萘酚衍生物與偶氮二羧酸酯的不對稱非二芳基軸向手性胺化反應，這是非二芳基軸手性化合物合成領域中具有里程碑意義的報道（Fig. 1b）。2014年，龔流柱課題組報道了Au-催化偶氮二羧酸酯的環(huán)化異構(gòu)化/胺化串聯(lián)反應，構(gòu)建雜芳基軸手性化合物。在此基礎上，上海交通大學張書宇團隊開發(fā)了手性磷酸催化N-芳基-2-萘胺與偶氮二羧酸酯的分子間不對稱C-H胺化反應，構(gòu)建N-C軸手性的非二芳基萘-1,2-二胺骨架，其中該報道使用了π-π相互作用和雙重氫鍵協(xié)同控制策略（Fig. 1c）。

（圖片來源：Nat. Commun.）

手性磷酸可同時活化含弱酸性氫原子的2-萘胺和偶氮二羧酸酯生成雙重氫鍵中間體A，從而構(gòu)建手性N-C軸（Fig. 2a）。因此，作者使用N-取代2-萘胺1和偶氮二甲酸二叔丁酯（DBAD）2a作為模板底物，并對反應進行了篩選（Table 1）。作者發(fā)現(xiàn)N-Me,Ph二取代的2-萘胺1a不能得到相應產(chǎn)物，而具有N-H鍵的偶氮二羧酸酯1b和1c則能順利得到相應的胺化產(chǎn)物。這些結(jié)果表明N-H鍵對該反應起著至關重要的作用。但即使使用位阻較大的Ph-或Ph3Si-取代的手性磷酸，該反應的對映選擇性均較低。理論上，通過增大2-萘胺C8位取代基的空間位阻是可以提高產(chǎn)物的對映選擇性得，但這會極大地限制該反應的底物范圍。

為了克服這些缺點和局限，作者通過引入π-π相互作用協(xié)同控制該C-H胺化反應的立體選擇性（Fig. 2b）。CPA3催化N-苯基-2-萘胺1d與2a反應，其對映選擇性有了明顯的提高。若將N-苯基換成空間位阻更大的N-芐基和N-叔丁基，其產(chǎn)物的對映選擇性均較低。這些結(jié)果表明π-π相互作用和雙重氫鍵協(xié)同控制策略對于該胺化反應的立體選擇性控制起著至關重要的作用。

（圖片來源：Nat. Commun.）

（圖片來源：Nat. Commun.）

確定N-苯基-2-萘胺1d和DBAD 2a為模板底物后，作者通過對催化劑、溶劑、溫度等反應條件進行篩選，確定最優(yōu)的反應條件（Table 2）：10 mol％ CPA6為催化劑，DCM:Et2O = 7:3為溶劑，在-70 ℃條件下反應48 h，能以93%的收率和91%的對映選擇性得到相應產(chǎn)物。

（圖片來源：Nat. Commun.）

在最優(yōu)反應條件下，作者對偶氮二羧酸酯的底物范圍進行了考察（Table 3）。商業(yè)可得的偶氮二羧酸二乙酯、偶氮二羧酸二異丙基酯和偶氮二羧酸二芐酯均能較好的適應反應條件，能以優(yōu)秀的收率得到相應產(chǎn)物，但其對映選擇性均較低。將偶氮二羧酸酯的R3取代基換成對甲基和對甲氧基，該反應具有良好的耐受性，能以優(yōu)秀的收率和對映選擇性得到相應產(chǎn)物。而將R3取代基換成間甲基和鄰甲基，該反應的收率和對映選擇性明顯降低。緊接著，作者考察了N-苯基-2-萘胺的底物范圍。各種烷基、芳基、鹵素、乙烯基和炔基等官能團取代的N-苯基-2-萘胺均能較好的適應反應條件，能以良好的收率和優(yōu)秀的對映選擇性得到相應產(chǎn)物。其中，C3位為甲基取代的N-苯基-2-萘胺的收率明顯降低，但其對映選擇性變化不大。而C5位、C6位和C7位甲基取代的N-苯基-2-萘胺則能以優(yōu)秀的收率和良好至優(yōu)秀的對映選擇性得到相應產(chǎn)物。8-氨基-N-苯基-2-萘胺的反應產(chǎn)物較為復雜，不能分離出目標產(chǎn)物。若將N-Ph換成N-Bz，該反應也能以77％的收率和94％的對映選擇性得到相應產(chǎn)物。其中，5g的絕對構(gòu)型通過單晶確定。此外，各種萘環(huán)取代的N-苯基-2-萘胺均具有良好的耐受性，能以優(yōu)秀的對映選擇性得到相應產(chǎn)物。但吸電子萘環(huán)取代的N-苯基-2-萘胺的收率比給電子萘環(huán)取代的N-苯基-2-萘胺的收率低。

（圖片來源：Nat. Commun.）

根據(jù)實驗結(jié)果以及前人的報道，作者推測可能的機理（Fig. 3）：首先，CPA通過雙重氫鍵活化模式同時活化N-苯基-2-萘胺和偶氮二羧酸酯生成中間體I。然后，在π-π相互作用下，N-苯基-2-萘胺與偶氮二羧酸酯發(fā)生親核加成反應生成中間體II。II重新芳構(gòu)化生成胺化產(chǎn)物3a。

（圖片來源：Nat. Commun.）

為了測定N-C軸手性產(chǎn)物的立體穩(wěn)定性，作者將產(chǎn)物置于25 ℃的正己烷中，測定其外消旋化的半衰期。苯環(huán)上取代的產(chǎn)物4b的半衰期為67.4 h，萘環(huán)上取代的產(chǎn)物5a-c，5h-i，5l-m的半衰期在20.6-103.3 h之間。取代基與C3位相鄰的產(chǎn)物5d的半衰期為11.4 h，而取代基在C8位的產(chǎn)物則非常穩(wěn)定，其半衰期為5325.2 h。將固體狀態(tài)下的產(chǎn)物3a（90.10％ee）置于-18 ℃條件下，90h后，該產(chǎn)物的ee為90.04％。這些結(jié)果說明該N-C軸手性產(chǎn)物具有良好的穩(wěn)定性。

接下來，作者考察了偶氮二羧酸酯取代基空間位阻、分子內(nèi)氫鍵以及萘胺取代基對N-C軸手性化合物的立體穩(wěn)定性的影響（Fig. 4）。為了確認產(chǎn)物的低對映選擇性是因為反應過程中易發(fā)生外消旋化還是立體選擇性較難控制，作者做了三個平行實驗：在標準條件下，作者分別在反應12小時、24小時和48小時后測定3d的對映選擇性，發(fā)現(xiàn)測定結(jié)果相差不大。這說明N-C軸手性化合物在標準條件下很穩(wěn)定，不會發(fā)生外消旋化。其次，作者比較了70.9 h后3a的對映選擇性（92％ee）和25.0 h后3d的對映選擇性（67％ee），該結(jié)果表明偶氮二羧酸酯的取代基的空間位阻越大，其產(chǎn)物的穩(wěn)定性越高。其次，作者還測定了易形成分子內(nèi)氫鍵的化合物5q（手性拆分獲得）的半衰期為514.8 h，這說明分子內(nèi)氫鍵可以顯著提高N-C軸手性化合物的立體穩(wěn)定性。

（圖片來源：Nat. Commun.）

為了證明該反應的應用潛力，作者進行了克級規(guī)模反應（Fig. 5），也能以87％的收率和90％的對映選擇性得到相應產(chǎn)物。緊接著，作者證明了該策略在復雜分子的后期修飾中的可行性。標準條件下，雌酮衍生物6具有良好的耐受性，能以優(yōu)秀的收率、對映選擇性以及非對映選擇性得到產(chǎn)物7。此外，磷酸二苯酯可催化N-C軸手性胺化產(chǎn)物3a與(E)-1,3-二苯基丙-2-烯-1-醇在-30 ℃條件下的DCE溶劑中反應24 h，能以72％的收率得到相應產(chǎn)物。該產(chǎn)物在HCl/MeOH中脫掉Boc基團后可實現(xiàn)C1-到C8位遠程手性轉(zhuǎn)換。

（圖片來源：Nat. Commun.）

總結(jié)：上海交通大學張書宇團隊開發(fā)了手性磷酸催化N-芳基-2-萘胺與偶氮二羧酸酯的分子間不對稱C-H胺化反應，能以良好至優(yōu)秀的收率和對映選擇性得到一系列非二芳基N-C軸手性化合物，其中該報道使用了π-π相互作用和雙重氫鍵協(xié)同控制策略。

撰稿人：暖冬