手性FLPs催化不对称氢化反应的新进展

“受阻Lewis酸碱对”（Frustrated Lewis Pairs，FLPs）是指由于位阻作用不能形成传统加合物的Lewis酸碱对。自2006年Stephan课题组发现“受阻Lewis酸碱对”能够活化氢气后，FLP化学迅速发展成为新兴的前沿挑战性领域之一，为非金属催化氢化提供了最有效的途径，实现了多种不饱和底物的催化氢化，在不对称催化氢化领域也取得了重要进展。同时，这一新兴领域也面临着诸多挑战。手性FLP催化剂的发展主要集中在手性Lewis酸的探索上，而强酸性的手性硼烷对水、氧等较为敏感。此外，已报道的手性硼烷合成路线长、修饰困难、分离纯化难度大，严重阻碍了这一领域的快速发展。因此，发展简单易得、高效、高选择性的手性FLP催化剂是一项具有广阔应用前景的研究课题。

中国科学院化学研究所杜海峰研究员（点击查看介绍）长期从事手性FLP催化体系的开发及应用研究，发展了由手性烯（炔）烃与Piers硼烷原位硼氢化反应制备手性硼烷催化剂的方法（图1）。该方法操作简单，无需对催化剂进行纯化处理。此外，使用末端烯烃、炔烃避免了其它非对映异构体的生成。手性硼烷的Lewis酸性能够通过改变3,3'-位上的取代基进行调节；而手性炔烃的引入，则进一步增加了骨架的刚性，增强了手性硼烷Lewis酸性的可控性。作者利用所发展的手性FLP催化剂，成功实现了亚胺、多取代芳香杂环、烯醇硅醚的高对映选择性氢化反应（J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 6810; J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 12261; Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 623）。此外，他们还首次实现了1,2-二羰基化合物高对映选择性硅氢化反应（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 810）。

图1. 原位制备手性硼烷的新策略

传统FLP催化剂通过轨道作用对氢气进行裂解，得到带有H⁺和H^-的鎓盐离子，再将H⁺和H^-转移至不饱和底物得到还原产物（图2）。近期，该课题组突破传统，发展了仿FLP催化剂：由自身带有负氢的Lewis酸与带有正氢的Lewis碱组成，将氢转移到不饱和化合物后，Lewis酸碱间的键合作用使其共价成分逐渐增强，形成稳定中间体，再利用适当的氢源切断该键，实现仿FLP催化剂的再生，完成催化循环（图2）。作者利用商品化的手性叔丁基亚磺酰胺与Piers硼烷组合的仿FLP催化剂，使用低分子量、高含氢量的氨基硼烷作为氢源，吡啶作为添加剂，以78-99%的产率和84-95%的对映选择性实现了亚胺的不称转移氢化（图3）。这是首例利用Lewis碱的手性实现高对映选择性的FLP催化转化，为手性FLP催化体系的设计与发展提供了新的思路和借鉴。

图2. 仿FLP催化策略

图3. 仿FLP催化亚胺的不称转移氢化

作者结合实验手段和理论计算方法对反应机理进行了研究，提出可能的催化循环（图4）：Piers硼烷与叔丁基亚磺酰胺形成仿FLP催化剂，通过八元环过渡态TS1实现氢转移，释放产物和脱氢中间体；此中间体与氨基硼烷通过六元环过渡态TS2，实现仿FLP催化剂的再生，由此完成催化循环。

图4. 仿FLP催化不称转移氢化可能的机理

该论文的作者为：Songlei Li, Gen Li, Wei Meng*; and Haifeng Du*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A Frustrated Lewis Pair Catalyzed Asymmetric Transfer Hydrogenation of Imines Using Ammonia Borane

J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 12956-12962, DOI: 10.1021/jacs.6b07245

导师介绍

杜海峰

http://www.x-mol.com/university/faculty/15541

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