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Pd(II)催化的烯丙基不对称C-H活化研究进展
来源: | 作者:nayuansu | 发布时间: 2016-07-26 | 3426 次浏览 | 分享到:
     Pd0催化的烯丙基化反应(又名Tsuji-Trost反应)提供了重要的碳-碳键形成方法。反应中,烯丙基试剂通常需要预官能化,即烯丙位带有离去基团(如碳酸酯、磷酸酯、卤素,胺基、羟基等),以促进其与Pd0的氧化加成反应,生成π-烯丙基PdII中间体;而通过直接的烯丙基C-H活化来产生π-烯丙基PdII中间体,具备完美的步骤经济性和原子经济性。

1. 早期研究


PdII/苯醌是实现烯丙基C-H官能化/的有效体系之一。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校M. Christina White教授的研究小组发现,在反应中加入不同的亚砜配体,可以调节反应的区域选择性;尝试在反应中加入手性Lewis酸[(Salen)CrIIIF]时,可以得到中等的ee值

2. 手性配体的发展


理论上,三价膦配体不适用于PdII催化的烯丙基C-H活化反应,因其容易被对二苯醌氧化,弱化或失去与PdII的配位能力。然而“事实”却在不停地打“理论”的脸:2012年,斯坦福大学的Barry. M. Trost教授小组首次发现,三苯基膦对PdII催化的1, 4-二烯的烯丙基C-H烷基化反应具有明显的促进作用


2013年,Trost教授小组成功地将手性亚膦酰胺配体应用于PdII催化的烯丙基不对称C-H烷基化反应。研究小组选用Pd(OAc)2/2,6-二甲基苯醌体系,以1,3-二酮为亲核试剂,通过设计、改进联萘酚衍生的非C2对称的手性亚膦酰胺配体,ee最高可达85%。反应成功的原因可能有以下两点:(1)严格排除反应体系的氧源(主要为氧气),最大限度降低配体在反应体系中被氧化的可能性;(2)配体的精细结构修饰保证了催化剂的高活性。后续的底物适用范围研究发现:较大幅度的改变烯烃芳基取代基的电子效应,都会导致反应失败;而1,3-二酮底物苯环取代基的性质对反应影响较小。2015年,中国科学技术大学龚流柱教授小组报道了PdII催化的分子内烯丙基不对称C-H氧化反应。基于提高反应活性与天然产物合成的考虑,作者选用了1,4-二烯为底物,对反应条件进行优化时发现:手性亚膦酰胺配体是影响反应立体选择性的主要因素;更有趣的是,非手性布朗斯特酸(邻氟苯甲酸)也对反应的立体选择性至关重要。底物适用性研究表明,苯环上取代基的电子性质对立体选择性控制影响较小,而取代基的位置不同时,产物的ee值也会产生较大波动。

       2016年,White课题组报道了PdII/手性亚砜-噁唑啉配体催化的分子内烯丙基不对称C-H氧化反应,高效合成了系列手性异色满衍生物,与龚流柱教授小组的报道互为补充。该反应的亮点是手性亚砜-噁唑啉配体的使用,在氧化条件下可以稳定存在,因此反应不需要无水无氧处理,极大的简化了实验操作

3. 手性阴离子策略


π-烯丙基PdII中间体的阴离子对反应的活性有很大的影响,当引入手性阴离子时,还可能控制反应的立体选择性。2007年,德国马普所B. List教授小组最先报道了手性阴离子控制的不对称烯丙基烷基化反应。在反应中,优异的立体选择性控制来自两个方面:(1)π-烯丙基PdII中间体阴离子的手性环境;(2)手性磷酸阴离子的膦氧官能团与烯胺中间体的氢键作用。2011年,List教授小组将反应的原子经济性进一步提高:(1)以为烯丙醇作为烯丙基试剂;(2)使用催化量的二苯甲胺来活化醛类底物[9]2014年,龚流柱教授小组尝试手性阴离子策略应用于PdII催化的烯丙基C-H烷基化反应,在复杂的催化体系下,依然成功实现了优秀的立体选择性控制。该反应的基本策略与上述List小组的报道一致,保持手性阴离子结构不变的情况下,非手性的伯胺催化剂可以极大的影响反应活性与立体选择性控制[10]

结语:

PdII催化的烯丙基不对称C-H活化已经取得了一些突破进展,某种程度上,是全世界有机化学工作者不断追求极致的一种体现。然而,这种方法目前仍存在很多局限性,如(1)适用的亲核试剂种类非常有限;(2)相对于传统的烯丙基化反应,立体选择性控制普遍会稍差一点。