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Angew. Chem. :钴催化不对称连续氢化精准合成手性Z式烯丙胺

手性Z式烯烃常见于各种天然产物和生物活性分子中,具有重要的应用价值。相比于E式烯烃,Z式烯烃在热力学上相对不稳定性,导致其合成更具挑战。为此,科学家们进行了不少有益的尝试并取得了一些进展,但是更高效的合成方法依然是大家追求的目标。


不对称催化氢化被认为是最高效的反应类型之一。使用共轭烯炔类型底物,通过烯基不对称氢化与炔基顺式氢化相结合的连续反应,可以进一步提高手性Z式烯烃的合成效率。此前张绪穆/王春江教授报道过一例稀有金属铑催化的不对称连续氢化合成手性Z式烯烃的反应,但是金属铑的获取难度和昂贵价格等问题严重限制了该方法的应用性。相比而言,丰产金属钴、镍、铁、锰和铜等催化剂因其成本低廉、性质独特而在不对称氢化领域受到越来越多的关注。其中,钴催化不对称氢化反应自Chirik教授的开拓性工作以来更是取得了令人印象深刻的进展。上海交通大学张万斌团队长期致力于不对称氢化领域的研究,在前期工作基础上,近期使用Ph-BPE-Co(I)催化体系发展了一种通过共轭烯炔的不对称连续氢化反应实现手性Z式烯丙胺精准合成的方法。



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条件优化显示,QuinoxP*将反应控制在第一步氢化,而Ph-BPE可以将反应控制在第二步氢化,并选择性地获得Z式烯丙基酰胺。在最优条件下,作者考察了Ph-BPE-Co(I)催化体系的底物适用范围。结果表明,该催化体系对于不同电子性质和取代位点的芳基取代的共轭烯炔都能取得较好的结果,并且对环状和链状烷基取代的共轭烯炔也能很好地兼容,以高产率和高对映选择性得到相应的连续氢化产物。

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氘代实验和控制实验支持阳离子型Co(I)/(III)氧化还原催化循环机理,并指出溶剂甲醇在反应体系中起到活化催化剂前体CoCl(PPh3)3形成阳离子Co(I)物种的作用。DFT计算结果确定了反应的立体决定步骤(SDS),并揭示了该催化体系为何能够实现三步氢化反应的选择性控制。三步氢化的活化能呈阶梯式上升(24.2 kcal/mol,25.2 kcal/mol,30.2 kcal/mol),因此可通过调节氢气压力或反应时间在第二步氢化反应后选择性地终止反应进程。此外,作者还通过对第二步氢化反应决速步的过程分解比较了Ph-BPE和QuinoxP*两种配体对催化反应活性的影响差异,发现酰胺羰基从钴中心上解离的难易程度是导致二者催化活性区别的关键因素。

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在该工作中,张万斌团队开发了一种钴催化不对称连续氢化反应精准构建手性Z式烯丙胺的有效方法。利用Ph-BPE-Co(I)为催化剂,甲醇为溶剂,不同取代的共轭烯炔底物可以高活性(up to 1000 S/C)和高对映选择性(98.5-99.9% ee)地转化为相应的氢化产物。结合氘代实验、控制实验、HRMS表征和DFT计算,提出了阳离子型Co(I)/Co(III)氧化还原催化循环机理,解释了该催化体系为何能够实现选择性的精确控制,并阐明了Ph-BPE-Co和QuinoxP*-Co催化活性差异的原因。

文信息

Precise Synthesis of Chiral Z-Allylamides by Cobalt-Catalyzed Asymmetric Sequential Hydrogenations

Yanhua Hu,+ Yashi Zou,+ Huiwen Yang, Haotian Ji, Yue Jin, Zhenfeng Zhang,* Yangang Liu, and Wanbin Zhang*


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202217871




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