南开大学元素有机重点实验室

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资伟伟课题组协同催化进展(Angew. Chem.):可见光诱导钯/铜协同催化1,3-丁二烯的对映选择性三组分1,4-双烷基化反应

来源:元素有机化学国家重点实验室   发布时间:2022/09/07    浏览次数:

钯催化的有机转化是构建碳-碳键和碳-杂键最有用的方法之一,已被广泛应用于合成化学的多个领域。传统的钯催化主要涉及双电子转移过程,尽管取得了很大的进展,但对于富电子的烷基卤代物而言,即使在高温下,零价钯对烷基亲电试剂的氧化加成依然很缓慢,此外双电子转移形成的烷基二价钯物种的稳定性很差,会发生快速的β–H消除。近年来,可见光激发产生的激发态钯催化已发展成为有机合成中的一种强大工具,在通常情况下发生底物和催化剂之间的内球单电子转移过程,通过反应中间体中某些键的均裂或异裂来实现新的反应性,已成功应用于芳基、烯基以及烷基卤代物的偶联反应中。虽然这种激发态钯催化已经取得了重大成就,但其对映选择性的控制仍然未解决(图1)。

1 基态钯催化和激发态钯催化


近日,南开大学资伟伟课题组利用钯/铜协同催化的策略实现了首例可见光条件下1,3-丁二烯、烷基溴代物和醛亚胺酯的对映选择性三组分偶联反应(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 10.1002/anie.202208411。该反应底物适用范围广,不需要额外加入光敏剂,以良好的产率和优异的对映选择性构建了一系列不饱和非天然α-季碳氨基酸衍生物(图2)。通过控制实验表明,该反应经历了涉及激发态钯诱导的自由基过程;此外,开关灯实验和量子产率的计算结果表明该自由基反应并不是链式的。进一步通过DFT理论计算,作者对比了经历自由基过程产生烯丙基钯和钯对烷基卤代物直接氧化加成生成烯丙基钯两种途径的能垒;前者仅需要跨越9.7 kcal/mol的能垒,而后者总活化能为62.8 kcal/mol。因此,实验结果和计算结果吻合,两者均表明反应途径了激发态钯催化、单电子转移的机制。


2 可见光诱导钯/铜协同催化1,3-丁二烯的对映选择性三组分偶联反应


总结:资伟伟课题组首次利用钯/铜协同催化的策略成功实现了激发态钯参与的对映选择性三组份偶联反应,在温和条件下合成了一系列不饱和非天然α-季碳氨基酸衍生物。这一方法将为不对称激发态过渡金属催化提供新的思路。


南开大学博士毕业生于慧敏为论文第一作者。相关研究得到了国家自然科学基金委、天津市科技局、和南开大学的资助。


   论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202208411