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手性炔丙基胺的不对称钴催化氢化合成

过渡金属催化不对称氢化反应是合成手性化合物最为高效且实用的方法之一,因其重要科学意义和巨大社会价值而在2001年获得了诺贝尔化学奖。但是,迄今为止的大多数相关研究主要局限于对映选择性氢化含有一个不饱和键的底物,对涉及多种不饱和键底物的同时化学/对映选择性氢化研究相对较少。众所周知,碳碳三键的还原活性要远高于碳碳双键,因此,在具有类似配位活化模式的情况下,同时化学/对映选择性氢化共轭烯炔的碳碳双键而保留碳碳三键是极具挑战性的课题。近日,上海交通大学张万斌点击查看介绍)课题组利用具有较小的原子半径和较弱的电子转移能力的钴金属催化体系,解决了铑催化体系无法实现的高化学选择性问题,首次实现了共轭烯炔的高效不对称氢化(图1)。

图1. 通过铑和钴催化对映选择性氢化共轭烯炔


以QuinoxP*-CoCl2-Zn作为优选催化体系,对芳环上含有不同位置和电性取代基的底物均能获得优秀的催化结果,最终以高化学选择性和高对映选择性合成了一系列手性炔丙基胺类化合物(图2)。

图2. 底物适用性研究


进一步的研究结果表明,锌粉还原二价钴络合物随之生成的锌离子对促进反应起着重要作用。推测锌离子通过对氯原子的攫取有利于形成高活性的阳离子钴中间体,并提出了可能的Co(I)-Co(III)氧化还原反应机理(图3)。

图3. 机理研究


该氢化反应可在1/2000的低催化剂用量下实现98%的收率和98.9%的对映选择性。氢化产物通过简单的转化反应可用于多种重要手性化合物(如乙酰辅酶A羧化酶抑制剂和手性三唑化合物等)的合成(图4)。

图4. 应用研究


丰产金属钴催化不对称氢化在近十年获得了突破性进展,如Chirik课题组利用双亚胺吡啶钴和双膦钴催化体系实现了C=C类底物脱氢氨基酸和非官能化烯烃的高效不对称催化氢化。张绪穆课题组和陆展课题组分别利用噁唑啉亚胺/吡啶钴和富电子双膦钴催化体系实现了丙烯酸和端烯的高效不对称催化氢化。张万斌课题组在2019年通过辅助配位和弱作用力促进策略首次实现了C=N类底物酰腙的钴催化不对称氢化,以高收率和高对映选择性获得手性肼类化合物(Angew. Chem. Int. Ed., 201958, 15767-15771)。这些开创性的研究成果因其显示出的潜在应用价值而受到了学术界和工业界的广泛关注。然而,这些钴催化剂在不对称氢化反应中只能作为其同族铑催化剂的替代而不是补充。本文的研究结果作为一个典型的案例,说明丰产金属催化剂在不对称催化反应中可以具有区别于稀有金属催化剂的差异化优势。


这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,文章的第一作者为胡艳华博士,通讯作者为张万斌教授。


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 Chemo- and Enantioselective Hydrogenation of Conjugated Enynes

Yanhua Hu, Zhenfeng Zhang, Yangang Liu, and Wanbin Zhang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202106566


张万斌教授简介


张万斌,上海交通大学化学化工学院特聘教授;1997年在日本大阪大学取得博士学位;1997年至2001年在日本大阪大学工学部应用化学系任助理教授;2001年至2003年在日本三菱化学株式会社横滨综合研究所任主任研究员;2003年就职于上海交通大学任教授;2013年被聘为校特聘教授;2017年起担任上海市手性药物分子工程重点实验室主任。


张万斌教授的研究领域是:(1)有机合成及不对称催化;(2)药物及其关键中间体的高效合成方法;在相关领域发表SCI论文250余篇,包括J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev. 等;获授权发明专利50余项,参与撰写4本(章节)英文书籍;研究成果被有机化学、C&EN、SYNFACTS、organic-chemistry.org等杂志和网站专题报道;主持和参加国家自然科学基金重大、重点、重点国际合作和面上项目、国家“重大新药创制”科技重大专项、上海市科委、经信委、教委重大和重点科技攻关项目和比尔梅琳达盖茨基金会项目以及与国内外多家企业的产学研合作项目等多项课题研究;有多项成果获得了工业化应用,“青蒿素的高效合成”入选2012年国内十大科技新闻和2012年上海市十大科技成果,获2019年度“上海市产学研合作优秀项目奖”特等奖和2020年度上海市自然科学一等奖。


张万斌课题组

https://wanbin.sjtu.edu.cn/ 

https://www.x-mol.com/university/faculty/12592 


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