手性双阳离子胍盐与高价硅离子对催化的对α,β-不饱和羰基化合物的高立体选择性加成-烷基化反应

五配位和六配位的高价硅是有机合成中的重要中间体。目前，关于高价硅介导的立体选择性反应大多是由手性路易斯碱催化的。1997年Kagan等报道了由(R)-binapthol衍生的手性锂盐活化三甲氧基硅烷实现了对酮类化合物的立体选择性还原。此后，各种以手性路易斯碱为催化剂，硅烷为还原剂的不对称还原反应被广泛报道，且在对C=O和C=N双键的高立体选择性还原领域取得了丰硕的成果。然而，在对α,β-不饱和羰基化合物的高立体选择性还原的相关报道并不多见，且已有的报道所用的催化体系往往是以手性膦氧化合物为催化剂，无论是催化反应的类型还是底物的种类都有所限制（图1a）。

图1. 高价硅中间体介导的立体选择性反应。

近年来新加坡南洋理工大学陈俊丰（Tan Choon-Hong）教授（点击查看介绍）课题组研发了新型手性双阳离子胍盐（bisguanidinium (BG) chloride, 图2）相转移催化剂，并成功运用于各种不对称催化反应。基于Si-F键的高建能，用氟来活化硅基试剂是早已建立的很成熟的方法，而且关于用氟活化硅氢化合物对酮类底物的非手性还原已有报道。在BG相转移作用下，无机氟盐经过与其离子交换，氟离子被带入有机相中与硅烷反应，会形成高价硅负离子（silicate），从而与BG的手性阳离子部分形成手性离子对，进而运用于各种不对称催化反应中。基于该设想，陈俊丰课题组提出了“bisguanidinium silicate离子对催化”的概念并成功运用于不对称烷基化反应（图1b）以及Brook重排反应中（图1c）。

图2. 手性双阳离子胍盐（BG）结构。

这篇报道是bisguanidinium silicate离子对催化在不对称有机催化反应的进一步扩展（图1d）。硅氢化合物、炔基取代的硅烷、烷氧基取代的硅烷在BG的作用下被氟离子活化，生成高价硅负离子中间体，并与BG的阳离子部分形成手性离子对。这些活化的高价硅与色酮类、香豆素类、氰基肉桂酸酯类α,β-不饱和羰基化合物发生1,4-加成反应，形成具有高亲核性的烯醇式高价硅中间体，进而与溴代化合物发生立体选择性烷基化反应。对于还原-烷基化反应，其反应条件温和，所用的还原剂为聚甲基氢硅氧烷（PMHS），是一种价格低廉、对空气和水分相对稳定、环境友好型氢源。以炔基取代的硅烷、烷氧基取代的硅烷为底物的加成-烷基化反应，可产生两个连续的手性中心（其中一个为手性季碳中心），且具有很高的对映选择性以及非对映选择性（高达99% ee, > 99:1 dr，图3）。

图3. Bisguanidinium silicate离子对催化的高立体选择性加成-烷基化反应。

关于高价硅的精确配位（五配位或六配位）以及构型问题，一直是研究的难点，相关的报道很少，多是基于X-ray单晶衍射的方法来确定高价硅的具体构型。这种方法需要培养出高价硅单晶，而高价硅中间体往往活性很高，极不稳定，很难得到其单晶。至于²⁹Si NMR，信号很弱，对高价硅中间体的量要求很高，因此也很难作为检测手段。本篇报道陈俊丰课题组通过低温¹⁹F NMR对反应中产生的高价硅中间体进行研究，这是对高价硅化学的又一重要贡献。经过DFT理论计算与实验结果的对比，不仅证实了五配位的高价硅是反应的重要中间体，而且还可以推测出反应中高价硅中间体最可能的构型。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是南洋理工大学博士陈文超和洪彩霞（Esther Cai Xia Ang）。

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Enantioselective Addition-Alkylation of α,β-Unsaturated Carbonyls via Bisguanidinium Silicate Ion Pair Catalysis

Wenchao Chen,# Esther Cai Xia Ang,# Siu Min Tan, Zhijie Chua, Jingyun Ren, Ziqi Yang, Bo Teng, Richmond Lee,* Haihua Lu,* Choon-Hong Tan*

J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c00183

陈俊丰（Tan Choon-Hong）教授简介

陈俊丰 (Tan Choon-Hong)，新加坡南洋理工大学教授。1971年5月出生于新加坡，1995年以一等荣誉毕业于新加坡国立大学，获理学学士学位；1999年毕业于剑桥大学，师从Andrew B. Holmes教授，获理学博士学位；随后于2000-2002年加入哈佛大学Yoshito Kishi课题组以博士后身份参与研究工作；2002-2003年加入哈佛医学院Robert R. Rando课题组担任副研究员，2003年5月开始独立研究，致力于手性胍的开发与应用，于2010年获得终身教授的头衔。之后他依据胍作为手性基底发展了一系列不对称相转移催化剂，于2016年晋升为正教授，隔年被票选为新加坡化学会(Singapore National Institution of Chemistry, SINC) 主席，现任南洋理工大学数理学院院长。

近年来，陈俊丰教授主要致力于研究基于手性双环胍的不对称有机催化反应和基于手性Pentanidinium和Bisguanidinium胍盐的不对称离子对催化反应。其在相关领域发表多篇SCI学术论文，包括以通讯作者发表在Science、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Chem. Commun.、Org. Lett.、Adv. Synth. Catal.、J. Org. Chem.、Chem. Res.等国际著名期刊上的高水平论文120余篇,并荣获授权发明专利8项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/4457