丁奎岭院士Mn催化反式不对称氢化| 纪念有机所成立70周年

引言

具有旋光活性的羟基酰胺,在天然产物和生物活性化合物中广泛存在。因此,开发该类化合物的通用合成方法,意义重大。

图片来自 ACIE

中国科学院上海有机所,金属有机化学国家重点实验室丁奎岭院士带领团队开发了在动态动力学拆分条件下,首次实现了锰催化的α-取代β-酮酰胺的非对映选择性加氢,高效地制备反式选择性地不对称氢化产物。
该成果以通讯形式,发表在德国应用化学;同时作为纪念有机所成立70周年的献礼。
文献DIO:10.1002/anie.202006383
1
简介
由于具光学活性的β-羟基酰胺具有重要价值,因此,人们开发了许多合成方法。
其中,通过催化不对称氢化动态动力学拆分(DKR)方法进行制备光学活性的β-羟基酰胺,具有环保、高效、原子经济等特点。
Sakane,Showalter,Wepsiec,Moynihan,Bharatam和Lee等研究团队开发了Ru催化不对称氢化方法,周其林院士团队则开发了Ir催化不对称氢化方法,不过,这些方法得到的都是顺式氢化产物为主。同时,这些方法的缺陷在于,对非环底物效率低。
开发一个有效的、通用的无环的代烷酮酰胺加氢方案,精确地控制两个立体中心的相对和绝对立体化学,特别是以一种反式选择性的方式,仍然是难以实现的。

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近年来,人们开发了多种基于Fe、Mn、Co和Cu等金属的催化不对称氢化动态动力学拆分。但是通过动态动力学拆分实现α-取代酮的不对称氢化,目前仅有两例报道,其一是使用Ni催化,另外一个则是报道例Cu催化。

因此,作者设想,通过Mn催化不对称氢化的动态动力学拆分,实现α-取代β-酮酰胺的非对映选择性加氢

2
 反应条件探索与优化
作者首先以N,N,2-trimethyl-3-oxo-3-phenylpropanamide 2a为模型底物,进行催化不对称氢化研究:

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Mn催化剂用量为1 mol%,相当于转化数为TON = 100,用于活化催化剂的碱为叔丁醇钾,用量为2 mol%,在50 bar氢气压力和室温条件下,进行不同配体、溶剂的反应性能探索
首先,选定 Mn络合物(R,R)-1a为催化剂,检验了四种常用的醇(甲醇、乙醇、异丙醇和三氟乙醇)以及非质子溶剂(四氢呋喃和甲苯),结果发现三氟乙醇对该反应起到完全抑制作用,同时该反应在非质子溶剂中反应也很差;甲醇则在产率(99%)、非对应选择性(anti/syn = 99/1)和对应选择性过量(92%)方面都为最优。并且,在所有反应结果中,均可以看到,该催化剂作用下,主产物均以反式选择性为主
接着,作者对所选择的9种不同配体组成的Mn络合物催化剂进行试验。发现,大部分催化剂都表现出优异的反应性能,非对应选择性都很好,但是对应选择性则随着配体有所变化,其中以配体(R,R)-1h给出最好结果。
随后,作者尝试在最优条件下,添加六氟异丙醇(HFIP),希望能够获得更好的结果,但是事与愿违,在提高1个百分点的Ee值下,产率从99%下降至42%,这显然是不划算的。
最后,最优条件在10 bar氢气条件下进行,反应结果与50bar氢气条件下一致。该结果表明催化剂活性效率高。
3
底物适用性研究
首先,作者将该方法应用于不同类型的α-取代β-酮酰胺:

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上述结果可知,各种链状α-烷基取代β-酮酰胺在优化条件下,都获得了优秀的产率与选择性,并且,该反应条件对环内酰胺、Weireb酰胺、α-烷基取代β-酮酸等类型底物都具有良好的适用性
看完上述结果,小编就想:该方法是否适用于α-芳基β-酮酰胺的催化不对称氢化?
作者,随后即展示了该方法用于α-芳基β-酮酰胺的催化不对称氢化:

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同样的,结果非常漂亮!小编可以说是惊艳到了!对于部分产物,作者还对其进行了X-射线单晶衍射,通过晶体结构证明了产物的绝对构型。
但是,小编觉得,上述结果美中不足的是,R1取代基均为各种芳基,不知道如果是烷基的化,结果如何呢?
4
方法实用性研究
该方法确实是非常好,因此,小编也期待着该方法的实用性
作者当然没有让我们失望,对于2a和2l两个底物,作者进行了克级规模的催化不对称氢化,同时转化数分别提高到5000和10000,这些结果展现了该方法具备很好的实用价值:

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评述

今年是中国上海有机所成立70周年,作者丁奎岭院士曾经担任上海有机所所长,在这个时刻,作者将这份成果作为献礼纪念有机所成立70周年。

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丁奎岭院士,带领团队开发了一种Mn催化的α-取代β-酮酰胺动态动力学拆分不对称氢化方法,反应结果优秀,与以往结果显著不同在于,该反应产物主要以反式为主,最高转化数可达10000,表明该方法具有很好的实用价值。

说到这里,回想70年往昔,我国的繁荣稳定、人民的安居乐业,都是众多先辈、先烈们艰苦卓绝奋斗的结果。
今天,是中国抗日战争胜利75周年纪念日,75年了,中国人民从未忘记,75年了,中华儿女永远铭记!
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