氮杂环卡宾在不对称催化α-氯醛与偶氮萘环化反应中的新角色

过渡金属催化的惰性芳基C-H活化/官能化作为一种有效的构建碳-碳（C-C）和碳-杂原子（C-X）键方法已被广泛研究。然而，特别是有机催化涉及芳基C-H键断裂的重构芳香化反应鲜有人报道。由于具有高立体选择性和低毒性的优点，有机小分子催化芳基化反应越来越引起人们的关注。自2017年以来，有一些实验研究报道了有机催化偶氮萘的[3 + 2]环化反应。最近，清华大学汪舰教授课题组报道了在氮杂环卡宾（NHC）催化α-氯醛与偶氮萘的[4 + 2]环化反应（Chem. Sci., 2019, 10, 2501-2506）。随后，郑州大学蓝宇教授和魏东辉教授团队在理论上系统地研究了氮杂环卡宾催化α-氯醛与偶氮萘的环化反应，揭示了该反应发生的一般途径、化学和立体选择性的起因以及NHC催化剂的多重角色。

图1. NHC催化α-氯醛与偶氮萘的环化反应模型

如图1所示，从中间体M5出发，作者共计考虑了四类18条可能的反应路径来探索该反应化学选择性的起源。结果表明，其中一条先关环（RC-first）生成六元环产物的反应路径为能量上最占优势的路径，这与实验观测结果是一致的。进一步的立体选择性过渡态的AIM分析结果（图2）表明C-H…π、C-H…O氢键作用是决定R构型路径是优势构型的决定性因素。

图2. 对立体选择性过渡态的AIM分析

如图3所示，作者研究了中间体M6a之后的重构芳香化的多种机理，结果表明脱去的NHC还可以作为一个质子碱去帮助质子转移。基于NHC在该反应中的多重角色，即路易斯碱（Lewis base）、质子碱（Bronsted base）、氢键供/受体（hydrogen bond donor/acceptor），作者提出了NHC是一个多功能碱（multiple functional base）的新概念，这与以前普遍认为的NHC在一个体系中只作为路易斯碱的认知有明显不同。该工作对于理解NHC催化剂的新作用有一定的帮助，并有望促进未来新的NHC催化策略的发现。

图3. 理论设计先关环（RC-first）[4 + 2]环化反应的可能路径及其相对吉布斯自由能曲线图

这一成果近期发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是郑州大学2019级硕士研究生汪兴华，通讯作者为魏东辉教授和蓝宇教授。以上工作得到了国家自然科学基金、河南省高等学校青年骨干教师培养计划、河南省自然科学基金优秀青年科学基金项目以及国家超级计算郑州中心的支持。

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Insight into the organocatalytic arylation of azonaphthalenes with a-chloroaldehydes: the general mechanism and origin of selectivities

Xinghua Wang, Yang Wang, Donghui Wei, Yu Lan

Chem. Commun., 2021, 57, 219-222. DOI: 10.1039/D0CC07260E

蓝宇教授简介

蓝宇，郑州大学化学学院教授、博士生导师、河南省特聘教授，研究方向为有机化学理论和理论有机化学。2003年和2008年于北京大学化学系分别获得化学学士学位和有机化学博士学位。2009年至2012年在美国加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angles）从事博士后科研工作。2012年4月加入重庆大学化学化工学院工作。2018年起入职郑州大学化学学院。蓝宇教授迄今为止以通讯作者身份在包括Accounts Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nature Commun.等期刊发表科研论文200篇，获得“2016年中国化学会青年化学奖”。2018年获得国家自然科学基金优秀青年基金支持。2018年获重庆市自然科学奖一等奖（第一完成人）。

https://www.x-mol.com/university/faculty/18642

魏东辉教授简介

魏东辉，郑州大学化学学院，教授，博士生导师。曾先后获批国家自然科学基金青年基金项目和面上项目各1项，中国博士后科学基金面上资助和特别资助各1项，入选河南省高等学校青年骨干教师培养计划，获批河南省自然科学基金优秀青年科学基金项目。2006年本科毕业于郑州大学化学系，2010年-2012年以国家公派联合培养博士研究生的身份赴美国肯塔基大学药学院学习，2012年博士毕业于郑州大学化学与分子工程学院后留校任教，2016年晋升为副教授，2018年被聘为郑州大学校直聘教授。长期围绕有机催化反应（尤其是氮杂环卡宾催化反应）和生物酶反应的反应机理及其选择性进行理论计算研究工作。近年来，以第一或通讯作者的身份在J. Am. Chem. Soc. (2)、Nature Commun. (1)、ACS Catal. (3)、Chem. Sci. (2)等SCIE收录杂志上正式发表论文100余篇。