南开大学元素有机重点实验室

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朱守非组——铑催化的偕二芳基卡宾对硼氢键不对称插入:高效合成手性偕二芳基甲基硼

来源:X-MOL资讯   发布时间:2021/09/24    浏览次数:

【有机】铑催化的偕二芳基卡宾对硼氢键不对称插入:高效合成手性偕二芳基甲基硼


手性有机硼化合物在合成、材料、医药等领域都有广泛用途,发展结构多样性手性有机硼的合成方法具有重要意义。手性偕二芳基甲基硼能够方便地转化为药物结构中常见的偕二芳基甲烷以及三芳基甲烷骨架,但是迄今这类手性硼合成方法很少,局限很大。南开大学化学学院朱守非课题组近年来发展了一系列卡宾对硼氢键的插入反应,合成了多种结构新颖的有机硼试剂。最近,该课题组报道了偕二芳基卡宾对硼氢键的不对称插入反应,高效、高选择性地制备了手性偕二芳甲基硼,收率高,对映选择性好,官能团耐受性优异,具有很好的应用前景。研究成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.。


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该反应以手性铑配合物为催化剂,双芳基重氮甲烷为卡宾前体,在温和条件下和Lewis碱与硼烷地加合物反应,以中等至较高的收率(74-99%)和对映选择性(71-99% ee)生成手性偕二芳基甲基硼烷。该反应有很好的官能团耐受性,能够耐受硝基、卤原子、三氟甲基、缩醛、酰胺基、酯基、砜基、三氟甲氧基、氰基、苯并呋喃基、吲哚基以及吡啶基等官能团,这是已知合成手性偕二芳基甲基硼的方法所不具备的优势。

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该反应可以放大至克级规模,催化剂最高转化数可达14000,具有很好的应用潜力。插入产物不仅能方便的转化为不同类型的硼试剂,还能够通过官能团转化或交叉偶联反应,制备相应的手性偕二芳基甲醇、偕二芳基甲胺及三芳基甲烷。这些转化过程收率都比较高,对映选择性也得到了很好的保持。

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作者进行了深入的机理研究,根据动力学实验推测该反应的速率和催化剂、重氮、硼烷分别为一级、零级、负一级动力学关系,硼氢键插入为决速步。密度泛函理论计算表明,硼烷对双铑催化剂有明显的配位,这是硼烷呈负一级动力学效应的原因;协同的硼氢键插入过程是决速步也是对映选择性决定步,给出两种构型产物的过渡态能量相差2.1 kcal/mol,与实验结果相符;能量差异来源于重氮底物的给电子芳环与催化剂的羧基负离子之间的排斥。该反应的对映选择性和重氮底物两个芳环之间的电性差异有很好的线性相关,有可能是两个芳环为满足缺电子的卡宾碳的电性需求,分别采取和Rh=C双键正交或共平面的构象所致。

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该工作中,朱守非课题组成功将硼氢键插入反应用于手性偕二芳甲基硼的合成。该方法具有条件温和、收率和对映选择性高、催化剂用量少、官能团耐受性好、易于放大、产物稳定性高、易于转化等特点,具有很好的应用前景。深入的机理研究阐明了反应的对映选择性来源和卡宾两个芳基上取代基的电性密切相关,这对后续反应和催化剂设计有重要借鉴意义。

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Dirhodium-Catalyzed Enantioselective B–H Bond Insertion of gem-Diaryl Carbenes: Efficient Access to gem-Diarylmethine Boranes
Yu-Tao Zhao,Yu-Xuan Su,Xiao-Yu Li,Liang-Liang Yang,Ming-Yao Huang,Shou-Fei Zhu,  Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202109447

朱守非教授简介


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朱守非,南开大学化学学院教授,院长,国家杰出青年基金获得者,国家万人计划领军人才。2000年和2005年在南开大学化学学院分别获得理学学士和理学博士学位;2012‒2013年在日本东京大学做博士后;2005年至今在南开大学化学学院工作,2013年晋升为教授。长期从事催化有机合成化学研究,重点研究了几类以氢转移为关键步骤的重要有机合成反应,提出了“手性质子梭”概念,发现了催化卡宾对硼氢键的插入反应,发展了多种用于烯烃氢化和硅氢化反应的高效催化剂,实现了多种重要生物活性分子的高效合成。迄今发表研究论文120余篇。曾获国家自然科学一等奖(2019年,第三完成人),天津市自然科学一等奖(2007年和2013年两项,均为第三完成人),Asian Rising Stars Lectureship Award(2019年),中国化学会青年手性化学奖(2018年),中国化学会青年化学奖(2012年),天津青年科技奖(2014年),天津青年五四奖章(2016年),Asia Core Program Lectureship Award(2015年)等奖项。


朱守非
https://www.x-mol.com/university/faculty/11980
课题组主页
http://zhusf-group.nankai.edu.cn/

朱守非课题组招收科研助手(项目研究员岗位,通过考核后进入南开大学编制)、师资博士后、访问学者、研究助理、博士和硕士研究生,有意申请者请和朱老师联系:sfzhu@nankai.edu.cn