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上海有机所在硅中心螺环不对称合成及应用方面取得进展
2020-04-17 金属有机化学国家重点实验室 | 【】【打印】【关闭

  不对称催化反应是高效获得光学纯化合物的最有效途径之一。经过半个世纪的发展,通过新催化体系的建立,已为合成工业中手性分子合成带来了技术革新。新催化体系建立的关键之一是手性配体的发展和设计,利用发展的配体可以实现过渡金属催化剂稳定性、催化效率和立体选择性的调控。设计合成新颖的手性骨架由于可以从关键平台分子出发,结合手性片段和杂原子手性等设计理念,衍生出不同类型的手性配体库而受到化学家的广泛关注。中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室王鹏课题组发展了一类合成手性硅中心螺环 (螺二氢苯并噻咯) 骨架的方法。利用该方法,可以构建该手性骨架衍生的关键配体平台分子 (SPSiOL),并进一步转化得到手性硅螺环亚磷酰胺配体 (SPSiPhos) (Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202002289) 

  在各种手性骨架中,轴手性螺二氢茚骨架已被视为一类优势手性骨架,但是碳中心的螺环骨架合成和改造仍具挑战。与碳相比,硅的原子半径更大 Si vs C: 111 ppm vs 67 ppm),碳硅键键长更长 C-Si vs C-C: 1.87 埃米 vs 1.53 埃米),同时硅中心螺环接近垂直的构像亦可能导致螺二氢苯并噻咯相较于碳中心螺二氢茚骨架更加刚性。螺二氢苯并噻咯骨架这些独特的性质决定了其衍生的手性催化剂或者配体可能具有与碳中心螺环衍生物不同的反应性质和手性诱导能力,并为手性配体和催化剂开发提供新的平台。然而,目前硅螺环骨架的不对称合成鲜有报道 (J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12469; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1520; J. Org. Chem. 2015, 80, 5407) 

  利用Rh催化分子内双氢硅化反应,以 (R,R)-Et-DuPhos (R)-QuinoxP作为手性配体,首次实现了螺二氢苯并噻咯衍生物高效和高立体选择性合成。随后,通过该方法可以以10克级规模、优异的收率 (90-99%)、非对映选择性 (dr = 96:4) 和对映选择性(ee = 99%)构建了配体平台分子的前体。通过X-ray单晶结构比较发现:硅中心螺环二酚SPSiOL与碳中心螺环二酚SPINOL相比,SPSiOL两个苯环之间有更大的二面角 (92.2o vs 64.2o) 氧氧间距离更远 (5.155 埃米 vs 3.439 埃米)。鉴于两者结构上的显著差异可能产生不同的反应性质和手性诱导能力,他们从对映纯SPSiOL出发,进一步合成了一系列基于螺二氢苯并噻咯骨架的手性亚磷酰胺配体 (SPSiPhos)初步研究表明,SPSiPhosRh催化的氢化反应和Pd催化的分子内胺芳基化反应中都展现出优秀的手性诱导能力,验证了螺二氢苯并噻咯骨架在不对称催化中的潜力。该工作首次提出使用硅螺环作为手性骨架设计手性配体和催化剂,为进一步研究手性硅螺环结构在不对称催化中的应用奠定了基础。 

  文章的第一作者为硕士研究生常鑫。上述研究工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院和上海有机所的资助。 

图 手性螺二氢苯并噻咯的不对称合成及应用 

 
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