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氮雜環(huán)丙烷是一種具有價值的張力三元含氮雜環(huán)。其立體選擇性合成可以通過三種不同的斷裂方式來實現(xiàn)：（1）手性鹵代胺或氨基醇的分子內(nèi)縮合，（2）碳源到亞胺的立體選擇性加成，（3）氮賓等價物與烯烴的立體選擇性加成（最具吸引力）。目前，化學(xué)家們還開發(fā)了大量通過過渡金屬催化立體選擇性合成手性氮雜環(huán)丙烷的方法。然而，這些方法集中于活化烯烴（如苯乙烯和α,β-不飽和體系）的氮雜環(huán)丙烷化反應(yīng)（Scheme 1a，top）。同時，具有烷基取代的非活化烯烴的立體選擇性氮雜環(huán)丙烷化反應(yīng)仍然具有挑戰(zhàn)（Scheme 1a，bottom）。目前，僅只有四種方法實現(xiàn)了非活化烯烴的分子間對映選擇性氮雜環(huán)丙烷化反應(yīng)（Chem. Commun. 2009, 4266;Chem. Commun.2012, 48, 7188; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 17156;J. Am. Chem. Soc.2023, 145, 7516.）。然而，上述的方法對于非活化底物通常具有較低的產(chǎn)率和對映選擇性。2019年，Rovis課題組（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 12536.）開發(fā)了一種Rh(III)-催化非活化末端烯烴的形式[4+1]環(huán)加成反應(yīng)，合成了一系列吡咯烷的方法（Scheme 1b，top）。2020年，Blakey課題組（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 13996.）設(shè)計一種用于區(qū)域與對映選擇性烯丙基C-H胺化的平面手性銠茚基催化劑（Scheme 1b，bottom）。受此啟發(fā)，韓國科學(xué)技術(shù)院Mu-Hyun Baik與美國埃默里大學(xué)Simon B. Blakey課題組報道了一種平面手性銠茚基催化劑促進(jìn)非活化末端烯烴的對映選擇性氮雜環(huán)丙烷化反應(yīng)，合成了一系列對映體富集的手性氮雜環(huán)丙烷衍生物（Scheme 1c）。   下載化學(xué)加APP到你手機(jī)，更加方便，更多收獲。 

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

首先，作者對平面手性Rh(III)茚基催化劑（Figure 1）以及反應(yīng)的條件進(jìn)行了篩選（Figure 2）。篩選結(jié)果表明，當(dāng)以1-壬烯作為底物，TsNHOPiv（1，1.3 equiv）作為氮源，(R,R)-2（2.5 mol %）作為催化劑，AgSbF₆（10 mol %）作為銀鹽，CsOAc（10 mol %）作為堿，在HFIP溶劑中20 ^oC反應(yīng)24 h，可以83%的收率得到產(chǎn)物(S)-4，e.r.為95:5。同時，當(dāng)以芐基保護(hù)的5-己烯-1-醇為底物時，需將銀鹽的負(fù)載量提高至30 mol %，可以61%的收率得到產(chǎn)物10，e.r.為95:5。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

在獲得上述最佳反應(yīng)條件后，作者對底物范圍進(jìn)行了擴(kuò)展（Figure 3）。首先，一系列不同取代的末端烯烴底物，均可順利進(jìn)行反應(yīng)，獲得相應(yīng)的產(chǎn)物11-21，收率為21-88%，e.r.為93:7-96:4。其中，烷基鹵化物、硼酸酯和膦酸酯等活性的官能團(tuán)，均與體系兼容。含有更為復(fù)雜取代的底物（如嗎啉氨基甲酸酯、靛藍(lán)、二嗪和吡啶），均為合適的底物，獲得相應(yīng)的產(chǎn)物22-25，收率為28-78%，e.r.為93:7-96:4。受保護(hù)的D-呋喃葡萄糖和L-苯丙氨酸衍生的烯烴底物，也與體系兼容，獲得相應(yīng)的產(chǎn)物26（收率為69%，d.r.為95:5）和27（收率為82%，d.r.為94:6）。其次，L-香茅醇衍生的烯烴，在使用兩種不同構(gòu)型的催化劑時，可分別獲得相應(yīng)的產(chǎn)物(S,S)-28（收率為77%，d.r.為97:3）和(R,S)-28（收率為72%，d.r.為7:93）。同時，將手性中心轉(zhuǎn)移至β-位時，可分別獲得相應(yīng)的產(chǎn)物(S,S)-29（收率為24%，d.r.為91:9）和(R,S)-29（收率為30%，d.r.為3:97）。烯丙基環(huán)己烷和乙烯基環(huán)己烷，也是合適的底物，分別獲得相應(yīng)的產(chǎn)物30（收率為83%，e.r.為96:4）和31（收率為14%，e.r.為91:9）。此外，Z-二取代的烯烴，可順利進(jìn)行反應(yīng)，獲得相應(yīng)的產(chǎn)物32（收率為41%，e.r.為86:14，d.r.> 20:1）。然而，1,1-二取代烯烴未能有效的進(jìn)行反應(yīng)（如33），但可獲得末端烯丙基胺產(chǎn)物34（收率為56%，d.r.為 3:1）。    

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

緊接著，作者研究了烷基鏈長度對反應(yīng)的影響（Figure 4）。研究發(fā)現(xiàn)，碳鏈長度為4時不會影響反應(yīng)（如35），但將碳鏈長度降為3或1時，收率明顯下降（如36和37）。值得注意的是，在碳鏈長度發(fā)生變化時，對映選擇性不受影響。同時，當(dāng)使用NsNHOPiv與MsNHOPiv作為氮源時，反應(yīng)的收率也出現(xiàn)明顯的下降，對映選擇性略有降低，如38和39。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

接下來，作者對同時含有活化與非活化的烯烴底物進(jìn)行了競爭性反應(yīng)，用于研究烯烴的電性對于反應(yīng)的影響（Figure 5）。研究發(fā)現(xiàn)，氮雜環(huán)丙烷化僅發(fā)生在非活化的烯烴上，而活化的烯烴保持完整，從而表明在對映選擇性氮雜環(huán)丙烷化方法中具有全新的選擇性水平。    

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

此外，作者提出了兩種合理的催化循環(huán)過程（Scheme 2）。第一種機(jī)理涉及酰胺的形成以及隨后的烯烴插入過程（黑色）。第二種機(jī)理涉及氮賓形成（藍(lán)色和綠色）。由于其不切實際的高能量需求，從而排除了烯烴直接進(jìn)行協(xié)同金屬化-去質(zhì)子化（CMD）的可能性。    

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

為了進(jìn)一步證明上述機(jī)理的合理性，作者進(jìn)行了相關(guān)的理論計算研究（Figures 6-8）。首先，羥胺HA與A1的配位生成18-電子的配合物A2。配合物A2經(jīng)分子內(nèi)去質(zhì)子化，生成金屬-酰胺配合物A3，并釋放乙酸。配合物A3與堿基結(jié)合，生成銫-結(jié)合配合物A4。值得注意的是，在A4的形成過程中，兩個中間體A2和A3有可能形成氮賓中間體N1和N2。然而，由于其所需的高能量表明反應(yīng)不是通過氮賓中間體進(jìn)行的。由于A4是飽和狀態(tài)，它釋放CsOAc并生成16-電子配合物A3（Figure 6）。    

其次，配合物A3可與烯烴反應(yīng)，生成配合物A6。由于A3的非對稱結(jié)構(gòu)，它為烯烴提供了兩個不同的空位，這導(dǎo)致了對映選擇性的C?N鍵的形成（^SA5和^RA5）。同時，(S)-產(chǎn)物的收率比(R)-產(chǎn)物高19-24倍。并且，發(fā)現(xiàn)這種遷移插入（第一個C?N鍵的形成）在整個催化循環(huán)中具有最高的活化能，它可能同時作為對映選擇性和速率決定步驟（Figure 7）。值得注意的是，反應(yīng)的立體選擇性源于底物、磺酰胺和催化劑茚基配體上的苯基取代基之間的相互作用。同時，^SA5-TS和^RA5-TS之間能量差的主要來自空間相互作用（Figure 8a）。

隨后，遷移插入后，中間體A6經(jīng)氧化N?O鍵斷裂，生成中間體A7。利用A7中的缺電子環(huán)境作為驅(qū)動力，^SA7-TS和^RA7-TS分別容易形成還原性的C?N鍵，生成中間體A8。最后，中間體A8通過解離后，生成目標(biāo)產(chǎn)物，并再生活性催化劑A1，從而完成催化循環(huán)的過程。    

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

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