手性受阻路易斯串儿(Lewis Trio)催化不对称二硫化反应

2021-04-13   |  【打印】 【关闭

路易斯酸碱作用是一种普遍的化学作用模式。经典路易斯酸碱作用通常形成热力学稳定的路易斯酸碱对(I),或者导致形成稳定的酸碱作用产物。2006年, 多伦多大学的Stephan团队报道了受阻路易斯酸碱对(Frustrated Lewis Pair, FLP)的新概念。通过在路易斯酸碱中引入适当的大位阻基团,能够有效克服路易斯酸碱作用热力学势阱,形成动态的受阻路易斯酸碱对(II)。利用这类“受阻”的酸碱作用模式,能够成功实现氢气、二氧化碳等小分子或者羰基、炔键等基团的活化转化。基于受阻酸碱作用,发展新型催化策略特别手性催化是值得关注的新方向。

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酸碱双功能催化的策略在不对称催化领域有着十分广泛的应用。其中,氨基催化是酸碱双功能催化大家庭里重要的一员。氨基催化通常采用Brønsted酸作为添加剂以提高反应活性及选择性,而真正路易斯酸与胺基协同催化的例子非常罕见。强Lewis酸由于很容易与氨基配位导致其失去活性,或者通过酸碱作用原位分解生成质子酸参与反应。最近,清华大学罗三中教授团队利用他们发展的大位阻手性伯胺催化剂,基于FLP作用,实现了手性受阻路易斯串儿(Lewis trio)的不对称烯胺催化。该三组分催化体系包含一分子大位阻手性伯胺、一分子大位阻硼路易斯酸和一分子非手性大位阻叔胺。研究发现,手性伯叔二胺与大位阻硼B(C6F5)3 二者结合不能促进烯胺的形成,而加入大位阻叔胺则可以显著提升烯胺形成活性。在11B 19F NMR原位表征表明,B(C6F5)3和氨基催化剂存在动态配位平衡,叔胺的加入可通过受阻酸碱作用减弱硼和伯胺的配位,从而促进烯胺形成。

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该团队成功将该手性路易斯串儿体系应用于催化不对称二硫化反应。二硫键(S-S键)是一种重要的化学官能团,广泛存在于具有生物活性的天然产物和药物分子中。然而,不对称催化手性二硫键的构筑方法及其有限。利用华东师范大学姜雪峰团队发展的二硫化试剂,手性路易斯串儿体系表现出了优异的催化活性和对映选择性。控制实验表明,只有在氨基催化剂、Lewis碱以及Lewis(B(C6F5)3)三组分协同作用下,才能催化得到高对映选择性的二硫化产物。任一组分的大位阻都对催化有着显著影响,在关键的烯胺形成、二硫试剂活化和手性控制中发挥着决定性作用,降低位阻会明显减低活性和选择性。

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在最优条件下,作者对底物的适用范围进行了考察。结果表明,反应对于链状β-酯、六元环状β-酯、β-、支链醛都能得到比较好的结果,并且对苯基取代和链状烷基的二硫试剂有很好的兼容性,以高对映选择性得到二硫化产物。通过加入P(NMe2)3, 作者成功得到了脱硫产物烷基硫醚,并且烷基硫醚的对映选择性基本保持。在ZrF4作为助剂的条件下,双氧水氧化二硫得到亚砜产物,并进一步衍生得到了产物的单晶结构。

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  在该工作中,罗三中教授团队成功的将Lewis酸与氨基催化结合,发展了受阻Lewis串儿催化体系(BLT),并将其成功的应用在β-酮羰基化合物及支链醛的二硫化反应该策略拓展了受阻路易斯酸碱催化应用范畴,为不对称构建α-二硫化季碳手性化合物提供了一种简捷的方法。


论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202101569