膦手性是一类非常重要的结构单元,在生命体、医药和农药等领域扮演者重要角色。因其富电子性和强大的配位能力,三级膦手性化合物可作为一类重要的有机催化剂和配体,在不对称催化合成反应中具有十分广泛的应用(图 1a),因此,开发高效、简便、绿色的有机催化方法合成手性膦具有十分广阔的研究价值。
图1 手性膦和非共价催化的应用 近年来,新型非共价作用介导的有机催化反应逐渐引起人们的关注,主要包括卤键(XB)、硫键(ChB)和磷键(PnB)催化。当卤族原子(Cl, Br, I)、硫族原子(S, Se, Te)以及磷族原子(N, P, Sb)与吸电子基相连时,会在成键的反轴方向形成一个电子空穴(σ-hole), Lewis 碱的孤对电子向σ-hole填充而形成一种分子间的非共价作用,这使得此类非共价键具有很强的方向性(160-180°)。2008和2017年,Bolm和Matile等分别应用卤键和硫键催化活化模式在温和条件下实现了亚胺类化合物的还原(图 1b)。此后这两种催化模式在Matile、Huber、杨英洋等教授的努力下得到了长足的发展。然而,磷键催化活化的反应模式近几年才被Matile和谭斌等人报道(图1d),并且极少应用在不对称合成反应中,主要是在设计手性磷键供体催化剂和较难与底物螯合等方面存在挑战。 因此,将这类非共价作用引入底物来调节反应的区域选择性和构象也许能为有机不对称合成反应提供新视角。贵州大学池永贵教授团队致力于在有机合成方法学和绿色农药研发生产领域开展原创性工作,近日,池永贵与郑鹏程报道了一种具有分子内膦键(PnB)作用的前手性三级膦分子,在手性氮杂环卡宾(NHC)的催化下,磷键键合的甲酰基优先与NHC反应,同时分子内磷键作用能稳定中间体构象,高立体选择性地合成了一系列手性三级膦功能分子(图1e)。 图2 底物普适性研究 在此研究中,作者设计了一种含中性分子内膦键的二醛分子1a,磷键的存在由单晶衍射和非共价分析确定。因分子内膦键导致的构象锁定作用,在一个晶胞中只能观测到一种构象,呈现出P212121手性群。在NHC的催化下,磷键键合的醛基优先与之反应生成相应的Breslow中间体,氧化后以甲醇当亲核试剂形成甲酯并游离出NHC. 以最优条件进行的底物的普适性研究表明,无论是在醛的对位和间位引入吸电子基和供电子基都有很好的兼容性,将苯环替换成杂环或者炔基也同样适用,ee值高达99:1. 同时,对苯酚、硫醇类亲核试剂也体现出了高度的适用性(图2)。并且,手性三级膦分子中所剩的醛基可高效转化为一系列官能团,只需两步即可合成具有P手性中心的Sadphos类配体(图3)。 图3 衍生化研究 论文信息 Carbene-Catalyzed and Pnictogen Bond-Assisted Access to PIII-Stereogenic Compounds Jianjian Liu, Rui Deng, Xuyang Liang, Mali Zhou, Prof. Dr. Pengcheng Zheng, Prof. Dr. Yonggui Robin Chi 此工作由池永贵和郑鹏程教授共同指导,贵州大学绿色农药国家重点实验室,绿色农药与农业生物工程教育部重点实验室博士生刘剑剑为此论文的第一作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202404477