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1,6-二烯的不对称硼化环化反应

1,6-双官能化分子的不对称环化反应是构建碳环和杂环的一个重要方法。相比较1,6-烯炔而言,由于1,6-二烯中两种烯烃的反应活性不高且不易区分,所以过渡金属催化的1,6-二烯的不对称环化反应更具有挑战性。目前,仅有几例1,6-二烯的不对称环异构化反应的报道,然而,这类环异构化反应仅涉及到分子内C-C键的形成和氢原子的转移,从而限制了其产物的后续官能化反应。因此,发展1,6-二烯的不对称官能化环化反应显得尤为重要(图1)。

图1. 铑催化的1,6-二烯的不对称硼化环化的设计


近期,中国科学院上海有机化学研究所林国强研究员、上海中医药大学田平研究员与浙江大学洪鑫教授课题组合作首次实现了三价铑催化的含有环己二烯酮的1,6-二烯的不对称硼化环化反应。反应对于环己二烯酮连接的端烯、1,1-双取代烯烃以及1,2-反式双取代烯烃均可以以优秀的对映和非对映选择性得到含有三个或者四个手性中心的含硼双环产物,反应官能团兼容性十分广泛(图2)。对于底物中含有两个形式上的1,6-二烯或含有一个1,6-二烯和一个1,6-烯炔,反应均在内烯烃上进行硼化进而环化生成目标产物(图3)。此外,反应不仅可以进行克级制备,产物还可以进行多样性的转化,包括氧化、还原以及偶联反应(图4)。

图2. 1,6-二烯底物适用性考察

图3. 竞争实验

图4. 克级反应和产物转化


基于SAESI-MS实验和文献报道,作者提出了两种可能的反应过程(图5):Path A,催化剂C3经过σ-复分解,还原消除得到一价铑II随后与联硼酸酯进行氧化加成得到三价铑双硼物种III,该物种通过SAESI-MS实验得到捕捉,随后对端烯进行络合、选择性插入、共轭环化、还原消除以及质子解得到最终产物3a并再生一价铑催化剂。Path B,一价铑II与1,6-二烯进行氧化环金属化得到中间体IX,随后进行σ-复分解、还原消除以及质子解得到最终产物。随后,通过与浙江大学洪鑫教授课题组合作对反应进行了DFT计算研究(图6)。通过计算研究表明Path A更加合理,而且通过计算发现环己二烯酮与端烯存在的非共价作用一定程度上提高了烯烃的反应活性。

图5. 可能的反应途径


图6. 反应过程DFT计算


综上,中国科学院上海有机化学研究所林国强研究员、上海中医药大学田平研究员与浙江大学洪鑫教授课题组合作首次实现了三价铑催化的含有环己二烯酮的1,6-二烯的不对称硼化环化反应。通过SAESI-MS实验和DFT计算研究对反应的化学选择性以及区域选择性做出了合理的解释,首次提出了Rh(I)/Rh(III)的反应催化循环(图7)。

图7. 三价铑催化的1,6-二烯的不对称硼化环化反应


相关研究成果于近期发表于J. Am. Chem. Soc.上,林国强研究员、田平研究员和洪鑫教授为论文共同通讯作者。


该工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项(B)和前沿科学研究重点计划、上海市科委、上海市教委以及973项目的经费资助。


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):

Rhodium(III)-Catalyzed Asymmetric Borylative Cyclization of Cyclohexadienone-Containing 1,6-Dienes: An Experimental and DFT Study

Yun-Xuan Tan, Fang Zhang, Pei-Pei Xie, Shuo-Qing Zhang, Yi-Fan Wang, Qing-Hua Li, Ping Tian*, Xin Hong*, Guo-Qiang Lin*

J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 12770-12779, DOI: 10.1021/jacs.9b05583


导师介绍

林国强

https://www.x-mol.com/university/faculty/15626

洪鑫

https://www.x-mol.com/university/faculty/46701


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