综述:近期在有机催化的轴手性芳烃-烯烃选择性合成领域取得的进展

《MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING》:Recent advances in the organocatalyzed atroposelective synthesis of axially chiral arene-alkenes

【字体: 时间:2026年04月27日 来源:MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING 8.9

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  轴向手性芳烯-烯烃的有机催化合成策略:系统总结四个核心反应机制及其在药物发现与催化中的应用前景

  
李文博|王卓|段静怡|王凯凯|何晓龙
新乡大学化学与材料工程学院,新乡,453003,中国

摘要

轴手性芳烃烯烃是典型的消旋体骨架,它们既可作为全合成中的通用合成子,也可作为手性催化剂和配体的关键结构单元。通过过渡金属(TM)催化的途径来制备这类骨架已经得到了很好的发展,并进行了系统的总结。有机催化策略被认为是一种补充方法,促进了催化选择性芳烃烯烃合成的快速发展。本文系统总结了近年来有机催化选择性合成轴手性芳烃烯烃的进展,以补充过渡金属催化途径。根据反应机理,这些方法被分为四个部分:(1)在手性布伦斯特碱或手性磷酸(CPA)催化下,对原位生成的乙烯基酮亚胺(VQMs)进行不对称亲核加成;(2)电子缺乏的炔烃的直接迈克尔加成;(3)通过DKR/KR或去对称化反应对预先制备的芳烃烯烃骨架进行有机催化官能化;(4)对α-芳基取代酮进行选择性O官能化。这些进展为轴手性芳烃烯烃在药物发现、催化和材料科学领域的应用奠定了坚实的基础,为开发具有定制性质的新手性分子开辟了新的可能性。

引言

消旋现象是由两个空间受阻的刚性平面基团之间的单键旋转受限所引起的,这一现象最早由Christie和Kenner在1922年通过成功拆分双芳基化合物6,6′-二硝基-2,2′-二苯酸得到验证(图1a)[1]。此后,消旋结构成为一类重要的分子手性类型,赋予了独特的三维结构。然而,在20世纪80年代发现BINAP作为催化选择性过渡金属(TM)催化反应的理想手性配体之前,这种结构的重要性一直被忽视。此后,人们发现了多种结构新颖的轴手性双芳基催化剂和配体,在不对称合成化学领域发挥了关键作用[[3], [4], [5], [6], [7], [8]]。同时,消旋双芳基结构也被认为是许多生物活性天然产物和药物中的重要结构单元[[9], [10], [11], [12]]。因此,近年来开发了许多高效的催化不对称合成方法来构建这类轴手性双芳基化合物[[13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23]]。
实际上,根据Hyde和Adams在1928年提出的假设(图1b)[24],单键旋转受限是消旋现象的根本原因。由此推断,用空间体积较大的烯烃取代双芳基系统中的一个芳基可以生成轴手性芳烃烯烃骨架。这一假设首先由Mills和Dazeley在1939年通过成功拆分o-(β,β-二甲基-α-异丙基乙烯基)苯基三甲基铵碘化物得到证实[25]。随后,Adams及其同事在20世纪40年代通过制备和拆分多种空间受阻的苯乙烯,进一步研究了轴手性芳烃烯烃系统[[26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35]],从而无疑证实了轴手性芳烃烯烃的存在。尽管有这些早期突破,但关于轴手性烯烃的研究在近半个世纪里一直处于停滞状态,直到1991年Fuji及其同事通过中心手性到轴手性转移的方法,通过O烷基化中心手性化合物意外地获得了轴手性苯乙烯(图1c)[36],这引发了人们对轴手性芳烃烯烃合成和应用的探索。然而,由于轴手性烯烃的旋转能量障碍较低且构型不稳定,其催化不对称合成的发展相对于消旋双芳基化合物来说较为滞后。值得注意的是,轴手性烯烃作为一种重要结构,可以用于全合成,并作为手性催化剂和配体的关键结构单元[[37], [38], [39], [40], [41], [42]]。2016年,Gu及其同事通过钯催化结合TADDOL基磷酰胺,开创了从芳基溴化物和肼不对称合成轴手性乙烯基芳烃的方法[43]。此后,各种过渡金属催化的不对称合成策略,包括交叉偶联、C-H活化、烯烃形成和芳烃形成,被广泛用于制备轴手性芳烃烯烃(图2,左侧)[[44], [45], [46], [47], [48], [49], [50]]。最近,Shi的研究小组发表了一篇全面系统的综述,总结了这一快速发展的研究领域的进展[44]。
有机催化提供了一种与金属催化方法不同的、具有吸引力的途径。由于其温和的反应条件和多样的活化模式,这些方法能够通过独特的中间体(如VQMs)和非共价相互作用实现精确的立体控制,从而为构建轴手性芳烃烯烃提供了多种设计原则。本文证明,有机催化方法是实现这一目标的另一种高效途径,这一方法最初由Tan的研究小组在2017年开创[51]。在这项开创性的工作中,芳基取代的炔醛通过不对称亚胺催化被活化,从而实现了与取代二酮的选择性迈克尔加成,生成了消旋苯乙烯。此外,Yan和Tan的研究小组独立提出了一种新颖且广泛应用的方法,使用2-炔基萘酚作为前体,在手性布伦斯特碱或手性磷酸(CPA)催化下原位生成高亲电性的乙烯基酮亚胺(VQMs),从而允许与各种亲核试剂进行不对称1,4-加成,从而获得轴手性苯乙烯[52,53]。这种方法不仅简化了轴手性苯乙烯的合成,还通过容忍多种亲核试剂,扩展了可获得的骨架类型。此外,N-杂环卡宾(NHC)促进的炔醛共轭加成[54],以及相转移催化(PTC)对芳基取代烯醇酯的官能化[55],近年来也成为促进轴手性芳烃烯烃骨架快速发展的补充策略(图2,右侧)。与已经总结良好的TM催化方法相比,有机催化选择性合成轴手性芳烃烯烃的进展至今尚未得到系统的整理或讨论。本文基于核心合成策略,分为四个部分进行综述:(1)对原位生成的VQMs进行不对称亲核加成;(2)电子缺乏的炔烃的直接迈克尔加成;(3)对预先制备的芳烃烯烃骨架进行有机催化官能化;(4)对α-芳基取代酮进行选择性O官能化。

部分摘录

原位生成的VQMs进行不对称亲核加成

乙烯基酮亚胺(VQMs)[56]是众所周知的ortho-酮亚胺(o-QMs)[[57], [58], [59], [60]]的结构变体,是一种高活性的迈克尔受体(方案1,顶部)。这种反应性源于共轭酮基团及其固有的芳香化倾向。后者促使VQMs与亲核试剂反应,而迈克尔加成后的芳香化进一步稳定了产物,从而增强了它们的反应性。2012年,Freccero和

电子缺乏的炔烃的直接迈克尔加成

电子缺乏的烯烃的催化不对称迈克尔加成是构建新的碳-碳(C-C)或碳-杂原子(C-X)键的最强大和直接的方法之一[[138], [139], [140], [141], [142], [143]]。相比之下,电子缺乏的炔烃的不对称迈克尔加成受到的关注较少,主要是因为它们的反应性较低,且不会形成新的立体中心[[144], [145], [146], [147]]

对预先制备的芳烃烯烃骨架的官能化

对轴手性前手性骨架的不对称官能化——包括动态动力学拆分(DKR)、动力学拆分(KR)和去对称化——已被认为是一种制备轴手性(杂)双芳基化合物的通用方法[[18],[153], [154], [155], [156], [157]]。然而,这种方法很少用于构建消旋性芳烃烯烃,主要是因为它们的旋转障碍较低,构型稳定性较低。到目前为止,只有非常

α-芳基取代酮的选择性O官能化

含有α-CH基的酮及其衍生物在碱性条件下可以脱质子形成烯醇酯。这些烯醇酯被认为是实现α-碳位多种亲电官能化的通用前体,特别是通过C-烷基化甘氨酸Schiff碱衍生物得到的烯醇酯,可以用于合成氨基酸衍生物[[165], [166], [167]]。相比之下,另一种O

总结与展望

轴手性芳烃烯烃系统是一种典型的消旋体骨架,它们作为天然产物全合成的重要合成子,以及手性催化剂和配体的理想骨架。作为TM催化方法的补充,有机催化选择性合成轴手性芳烃烯烃的方法提供了温和的反应条件、高官能团容忍度和独特的活化模式,这些是难以

CRediT作者贡献声明

李文博:撰写初稿、获取资金。王卓:数据管理。段静怡:数据管理。王凯凯:撰写与编辑、数据管理。何晓龙:撰写与编辑。
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