南华大学李富盛团队 | 光诱导汉斯酯和铬协同催化1,3-烯炔的非对映选择性1,2-双功能化
研究背景
1,3-烯炔作为有机合成中一种重要的合成子,广泛用于联烯、1,3-二烯以及炔丙基衍生物的构建。在过去的几十年中,通过离子型反应路径实现 1,3-烯炔的选择性功能化得到了广泛的研究,而对于单电子转移的自由基反应路径,尤其是 1,3-烯炔的选择性 1,2-双功能化,相关的研究相对较少。这主要是由于生产的炔丙基自由基和联烯自由基的互变异构,增加了选择性调控的难度。因此,本研究设计开发了一种光诱导汉斯酯和铬协同催化体系,在无光敏剂作用下实现多组分反应体系中 1,3-烯炔的非对映选择 1,2-双功能化。
研究内容
近期,南华大学李富盛教授团队基于汉斯酯的氧化还原特性以及还原性铬的催化性能,利用光直接激发汉斯酯,通过自由基还原交叉偶联的方式实现 1,3-烯炔的高选择性 1,2-双官能化。在催化量的铬催化作用下,能够以高收率、高非对映选择性得到一系列高炔丙醇化合物(图1)。
图1 光诱导汉斯酯和铬协同催化 1,3-烯炔的非对映选择双官能化。
在反应条件考察中,作者对反应溶剂、催化剂的量、光源、浓度等进行了考察,发现不同溶剂对反应的非对映选择性影响不大,在乙腈中反应效果最好。低浓度下可能由于生产的自由基更容易被汉斯酯直接还原,导致产率要低一些。最终确定最佳反应条件为:在 10 mol% 的CrCl2 下,醛、1,3-烯炔以及二氟溴乙酸乙酯的比例为 1 : 2 : 2(0.2 mmol),HE(2 equiv.)作为质子源和光激发物种,在乙腈(0.2 M)中能够以 88% 的收率,d.r. > 20 : 1 得到目标产物。在此条件基础上,作者对不同醛和 1,3-烯炔的底物适应性进行考察(图2)。反应对于不同类型的脂肪醛以及烯炔都具有较好的普适性,且具有较高的非对映选择性。同时,对于不同官能团也都具有良好的耐受性。尤其是对于一些大位阻的底物或药物分子衍生物也都能够以中等到较好的收率得到目标产物。
图2 醛和 1,3-烯炔底物范围探究。
此外,作者还对不同自由基前体类型进行了探究(图3)。发现不同二氟溴乙酸酯类或溴代异丁酸酯类作为自由基前体都能够以较好的收率和选择性得到相应的目标产物(4aa-4ad)。然而,当使用其他卤代烷,如苄基溴类(4ae-4af)、烷基碘类(4ag-4ah)以及还原性酯类(4ag,4ai),作为自由基前体参与反应,虽然能够得到相应的产物,但是非对映选择性明显较低。这可能是由于受反应位阻以及偕二甲基效应的影响,当二氟溴乙酸乙酯作为自由基前体时,由于羰基会和铬配位形成一个八元环过渡态,从而有利于选择性的调控。
图3 自由基前体范围探究。
最后,作者通过机理探究实验、紫外可见光吸收测试、光的开关实验以及 DFT 计算,并结合已报道的文献得出自由基前体是被激发态的 HE 通过单电子还原产生相应的自由基,随后和 1,3-烯炔加成生产相应的炔丙基自由基,然后经历铬催化循环得到目标产物(图4)。
图4 可能的反应机理。
总结展望
南华大学李富盛教授团队为 1,3-烯炔的绿色、高效、高选择性转化提出了一种新的反应模式。该体系底物适应范围广,良好的 1,2-区域选择性和非对映选择性,反应条件温和条件, 广泛的官能团兼容性,为提供有效获取有价值的高炔丙基醇提供了一条有效的策略。同时,该方法无需外源光催化剂、金属还原剂以及多种额外添加剂,是一种可持续的绿色合成方法。
论文信息
Diastereoselective 1,2-difunctionalization of 1,3-enynes enabled by merging photoexcited Hantzsch ester with chromium catalysis
Jia Wu, Xiangyun Xu, Chongwen Duan, Shan Chen, Dan Wang, Likui Fang, Weiyang Tang and Fusheng Li
Org. Chem. Front., 2024, 11, 284-289
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