双功能催化模式广泛应用于有机合成中,目前已开发出具有不同反应机制的双功能催化模式。经典的双功能手性催化剂中含有多个酸碱基团,通过共价键或非共价键作用可以高效地与多个底物结合,从而在更小的分子尺度内以更高的反应效率和立体选择性实现手性调控。随着光化学不对称催化的发展,将双功能催化的概念和光催化领域结合,进一步开拓了双功能催化剂在单电子反应中的应用范围(图1a)。 通过国内外化学家们的共同努力,电催化不对称合成的研究已有一些成功的案例,但是该领域目前仍面临诸多挑战,其中存在的一个重要问题是手性催化体系和电化学条件的不兼容性。相对于传统化学反应,许多“优势”手性催化剂在电化学体系中较难稳定存在,适用于电化学合成的手性催化剂非常缺乏。因此,亟待开发新型双功能手性催化剂,来实现高效的不对称电催化反应。
图1. 双功能催化模式及双功能手性电催化剂的设计 近日,华中师范大学徐浩教授团队成功地开发出一类新型双功能手性电催化剂,并将其应用于4-取代酚与醛的不对称交叉脱氢偶联反应中。作者巧妙地将电化学redox媒介和手性二级胺通过空间上的合理组装,合成得到一类新型双功能手性电催化剂,能够实现有机催化与电催化循环同步进行、互不干扰,不仅显著提升反应效率和立体选择性,还极大地拓展了底物适用范围。对比实验验证了该类双功能手性催化剂具有明显的优势,相信该设计理念将在电化学合成领域得到进一步推广与应用(图1c)。 在最优条件下,作者对底物的适用范围进行了考察,结果表明一系列带有不同取代基的酚和醛均能以优异的立体选择性和产率得到目标产物,同时该策略也适用于多种药物分子衍生物(图2)。 图2. 底物拓展 接着作者对反应机理进行深入研究,通过一系列中间体的验证实验、控制实验以及循环伏安法实验,证明对亚甲基苯醌为反应的关键中间体,且此双功能催化剂能较好地促进酚的电氧化过程。通过将电化学媒介和手性胺催化剂结合,发现可以显著提升反应效率和立体选择性。 图3. 机理探究和反应机理的提出 论文信息 Bifunctional Chiral Electrocatalysts Enable Enantioselective α-Alkylation of Aldehydes Jin-Yu He, Dr. Cuiju Zhu, Wen-Xi Duan, Ling-Xuan Kong, Na-Na Wang, Yan-Zhao Wang, Zhi-Yong Fan, Xin-Ying Qiao, Prof. Dr. Hao Xu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202401355