钴催化的环丙烯对映选择性氢烯基化反应

乙烯基环丙烷作为一类十分重要的合成子，被广泛应用于许多的有机反应中，例如各种重排反应，过渡金属催化的高分子聚合反应等等。除此之外，这样的一种手性的带有烯烃官能团的三元环结构，在许多生物活性分子（例如Acrinathrin Insecticide）以及天然产物中也大量存在。因此，如何利用催化手段，高效便捷地得到具有高非对映选择性以及对映选择性的烯基环丙烷分子骨架就显得尤为重要。比较传统的利用不对称催化策略构建该类分子，通常是使用金属卡宾对二烯的加成或者通过共轭加成与环化反应串联来实现的，其他的经典方法像Simmons-Smith 反应等已发展的较为成熟。然而，上述方法所存在的普遍问题是往往需要反应物中带有特殊的官能团，这在很大程度上限制了该类反应的底物适用性。

近年来，中国科学院上海有机化学研究所孟繁柯（点击查看介绍）课题组一直致力于发展一种经济、廉价而且通用的钴催化方法学，考虑到烯基硼酸是一种易于制备的起始原料，他们将两者结合起来，进而实现环丙烯的选择性氢烯基化反应。相关工作近期发表于Angew. Chem. Int. Ed. 杂志。

该课题组认为实现上述策略所面临的挑战主要有两点：其一，烯基硼试剂相比于烯基金属试剂活性要大大降低；其二，在高温条件下，如何控制该反应高选择性。为解决上述问题，作者首先以3,3-双取代环丙烯1a和烯基硼酸2a作为模板底物对反应条件进行了初步的尝试，发现虽然仅有富电子烷基膦配体4g 和4h 能够促进该反应的发生，但是幸运的是非对映选择性和对映选择性控制的都非常良好。一个十分有趣的现象是，发现在投入反应之后静置1小时后再对反应进行加热，能够显著提高反应效率。

Table 1. Optimization of reaction conditions

[a] Yield of isolated product. [b] Determined by analysis of ¹H NMR spectra of unpurified mixtures. [c] Determined by analysis of HPLC spectra. [d] Not available, no reaction occurred under these conditions.

值得一提的是，对于像5u、5v、5w和5x类型的硼酸底物，反应依然可以得到较高的收率和选择性，这在已有报道的反应中是无法得到的，这在一定程度上也体现了作者所发展方法学的优势所在。

Scheme 2. Scope of cyclopropanes. [a] dr was determined by analysis of ¹H NMR spectra of unpurified mixtures; er was determined by analysis of HPLC spectra. [b] The reaction time was 20 hours. [c] 99:1 er for both diastereomers

Scheme 3. Scope of alkenylboronic acids. [a] dr was determined by analysis of ¹H NMR spectra of unpurified mixtures; er was determined by analysis of HPLC spectra.

最后作者对该反应产物进行了衍生化以及机理研究。初步的机理研究表明：第一，该氢烯基化反应的氢质子很可能完全来自于硼酸，而非外界引入的质子源；第二，反应加成之后形成的手性碳钴键，不会在后续反应中发生异构化，而是保持严格的立体专一性；第三：相反应中投入2当量3:1的氘代硼酸混合物，能够得到25%的氘代产物，表明反应中硼酸氢氧键的断裂很可能是反应的决速步。

Scheme 4. Preliminary mechanistic studies

总结

孟繁柯课题组发展了首例钴催化的3,3-双取代环丙烯对映选择性氢烯基化反应，该反应无论对于衍生化环丙烯还是硼酸类型底物均具备十分良好的适用性。基于此方法，可以利用地球上含量丰富的廉价金属盐和商用手性化合物，高效便捷的构建一系列含有手性烯基官能团的三元环丙烷类化合物。进一步的机理研究，以及通过原位形成手性碳钴键的方法构建手性碳碳键的工作，正在不断的探索之中。

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）：

Cobalt‐Catalyzed Diastereo‐ and Enantioselective Hydroalkenylation of Cyclopropenes with Alkenylboronic Acids

Haiyan Zhang, Wei Huang, Tongtong Wang, Fanke Meng

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 11049-11053, DOI: 10.1002/anie.201904994

导师介绍

孟繁柯

https://www.x-mol.com/university/faculty/46702