今天给大家分享一篇近期发表在JACS上的研究进展，题为：Enantioselective Aryl-{attr}3223{/attr}-Catalyzed Wagner−Meerwein Rearrangements。该工作的通讯作者是来自哈佛大学的Eric N. Jacobsen教授。

碳正离子是一种具有高反应活性的中间体。碳正离子产生后，σ键的迁移可以产生新的有价值的碳骨架。然而，因为碳正离子引发σ迁移的能垒普遍较低，控制这一过程的选择性具有内在原理上的挑战。到目前为止，成功控制产物立体化学的方法往往不直接在反应位点产生碳正离子本身，而是通过设计一种带有离去基团的亲电物种来替代碳正离子，这一物种可以保证取代反应的立体专一（图1）。例如，semipinacol反应便是使用和双键底物等当量的过渡金属络合物或者卤鎓离子，与双键立体选择性结合产生瞬态的亲电物种，随后邻位含羟基碳原子上的σ键（C-C或C-H）立体选择性地迁移，达到控制选择性的目的（图2）。

图1. 带有阳离子特征的立体专一性重排

图2. semipinacol反应

本文作者发展了一种基于手性芳基碘催化剂的对映选择性1,3-二氟化反应策略。该策略选取β-cumyl苯乙烯作为底物，手性芳基碘1作为催化剂，pyr·9HF作为氟离子来源，通过mCPBA将碘催化剂氧化为碘鎓离子ArIF⁺，该物种和底物结合活化双键，引发邻位σ键迁移，最终根据底物上取代基G的不同，对映选择性地得到1,2-顺式或反式产物（图3）。其中，G为芳基时，z主要产物为反式，而G为烷基时为顺式。

图3. 反应概览、底物范围和产物衍生化

对于芳基迁移反应来说，生成反式产物的非对映立体选择性（量化为diastereomer ratios，d.r.）与两个芳基的电子性质紧密相关（苯乙烯部分静止不动的芳基和迁移的芳基），迁移芳基越缺电子，或者静止不动的芳基越富电子，则非对映选择性越差（图3，3a~i）。对比来看，烷基迁移反应不同于芳基迁移，其生成顺式产物的非对映选择性对静止芳基或迁移基团的电子性质并不敏感（图3，4a~g），反应结果均为高比例的顺式产物。此外，C-H键的迁移同样是可行的，虽然对映选择性稍差（图3，5a）。

为了理解上述芳基和烷基迁移的不同选择性，以及取代基电子效应的影响，作者对芳基迁移体系和烷基迁移体系分别做了详细的机理实验和理论研究（Hammett研究、动力学同位素实验、理论计算，等等）。具体的分析过程，我们在此不再赘述，感兴趣者请自行阅读。下面简单介绍作者给出的反应机理（图4）：

图4. 反应机理

对于烷基和芳基来说，都存在两个过程的竞争，即氟离子的亲核进攻和σ迁移谁先谁后的问题。由于芳基富电子，可以形成稳定的三元环中间体，因此反应先发生对映选择性的分子内1,2迁移，这是决定产物立体化学的步骤，分子间的氟离子亲核取代随后，再经历一次芳基邻基参与离去芳基碘和氟离子亲核取代后，给出反式产物；烷基的迁移碳为sp³杂化，且无法形成稳定的环状中间体，因此先发生的氟离子加成为决定产物立体化学的步骤，此步骤后产物立体化学唯一确定，最终给出顺式产物。

综上，作者基于手性芳基碘催化剂发展了高对映选择性的1,3-二氟化反应策略。在完全相同的条件下，芳基和烷基迁移的底物通过两种完全不同的路径进行反应，且均得到了高对映选择性的反应结果。该工作为不对称催化中反应机理的普适性原理提供了有力阐释。

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