连续发表Science和Nature,手性催化该怎么做?

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第一作者:Ronald L. Reyes

通讯作者:Masaya Sawamura
通讯作者单位:北海道大学
 
主要内容:
1.设计类酶工作原理C-H键活化催化剂,具体为Ir金属和手性膦配体、手性脲-吡啶配体组成。
2对羰基官能团物种γ-位点上的C-H键选择性构建手性C-B键。
3. 反应的条件温和,转化率高,手性选择性好。
 
研究背景
脂肪酸是自然界中基础和广泛存在的化合物和化学品,通过金属催化剂对饱和C(sp3)-H化学键能够直接获得大量高附加值的产品。目前通过金属螯合策略能够通过形成5/6元金属环中间体对β-C(sp3)-Hγ-C(sp3)-H化学键进行活化。但是,现有的γ-C(sp3)-H活化反应中通常只能对端基CH3活化,对非端基位点-CH2-γ-C(sp3)-H化学键仍没有合适的反应方法。

1. 脂肪酸上不同位点C-H键活化反应示意图
 
拟解决或者拟探索的关键问题
探索对羰基化合物中γ位点C-H键活化的普适、高效方法。
 
核心内容
C-H化学键功能团化反应中,位点选择性、立体结构控制仍具有较大挑战,特别是在合成链状脂肪饱和碳氢化合物分子中。有鉴于此,北海道大学Masaya Sawamura报道了对二级/三级脂肪基酰胺、酯分子的羰基γ-C-H进行选择性活化反应,该合成策略中通过一种手性Ir催化剂进行,该催化剂与单个亚磷酸配体、手性脲-吡啶受体配体配位,并且和频那醇硼烷配位,人工构成类酶结构催化反应中心,控制反应位点和手性选择性。量子化学计算结果显示,该催化剂具有一种类酶空腔结构,能够通过多重非共价相互作用与底物结合。该合成策略能够实现合成大量对映结构γ-硼基羧酸衍分子。
 
要点1. 反应实施

2. 反应条件优化
 
反应优化。如图2所示,将N,N-双苄基己酰胺(1a)、等比例量的B2Pin2作为反应物,加入0.75倍量的2,6-二甲基吡啶作为添加剂。加入1.5 mol % [Ir(OMe(cod)2]23 mol %配体(RR)手性结构的单亚磷酸配体L*3.3 mol %手性脲-吡啶受体配体(RL)组成催化体系。在甲苯/环戊基甲基醚(1:1)混合溶剂和25 ℃中进行反应,在48 h中实现了将原料以达到99 %的产率和>99.9 %e.e.选择性得到γ-位点修饰BPin的产物(2a)。

随后将γ-位点修饰BPin的手性产物进一步通过NaBO3·4H2OTHF/H2O(1:1)混合溶剂中于室温条件氧化反应3 h,得到γ-位点修饰OH的产物(3a)。
 
要点2. 类酶催化位点设计、催化反应机理


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