可见光催化碳氢化合物对吡啶酮的不对称加成反应

日期： 2022-05-11

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来源：X-MOL

手性醇是药物和天然产物的重要组成部分，醛酮的不对称烷基化反应对合成手性醇具有重要意义。利用酮与烃类的直接烷基化反应来构筑叔醇的方法长期以来受到有机化学家的关注。其中，激发态酮的攫氢特性在烃类不对称的C(sp3)-H官能化反应中具有应用前景，但由于存在其他竞争反应，仍具有较大的挑战。手性Lewis酸与可见光协同催化在烃类化合物的不对称C(sp3)-H官能团化中表现出了巨大的潜力，但在酮的不对称烷基化中报道较少。江智勇课题组利用特定的α-羰基酮作为光活性物种实现了甲苯及其衍生物的对映选择性烷基化。其中，苄基自由基和羰基自由基同时产生，羰基自由基的存在导致pinacol副产物的生成（图1a，路径i）。E. Meggers课题组则利用双功能手性Lewis酸/光氧化还原催化剂，通过羰基自由基-烷基自由基交叉偶联途径，实现了α-氮C(sp3)-H与三氟甲基酮的对映选择性烷基化反应（图1a，路径ii）。从机理上考虑，如果能实现烷基自由基对碳氧双键的直接加成（图1a，路径iii），可以减少羰基自由基发生二聚反应的副产物，然而这个过程是可逆的并且从热力学上考虑也是不利的。若采用非氧化还原型的Lewis酸与大位阻的手性配体可能减缓单电子转移的过程，抑制酮类化合物转化为羰基自由基的过程，从而促进设想的自由基加成路径。

近日，四川大学刘小华和冯小明团队利用具有大位阻的手性双氮氧稀土金属配合物（冯催化剂）作为调节剂，与酮类化合物配位从而减缓电子转移过程并抑制羰基自由基的生成；同时利用该类配合物作为手性Lewis酸催化剂促进烷基自由基对酮类化合物的对映选择性加成反应。同时结合光氧化还原催化和溴自由基介导的氢原子转移策略，实现吡啶酮与烃类化合物（苄基、烯丙基和烷基化合物）的不对称烷基化反应来直接构筑手性叔醇。

该研究通过荧光淬灭实验、质谱实验及H/D同位素效应实验，证实了溴自由基参与的光氧化还原过程，其氢原子转移过程为决速步骤，并解释了卤离子选择及其用量对反应的影响。通过控制实验、紫外可见吸收光谱测定、电化学测定以及自由基钟实验等机理研究，提出大阻位手性Lewis酸抑制电子转移和羰基自由基的生成，促进了自由基加成反应的反应机理。该催化体系在其他底物与烷烃的不对称烷基化反应中还有很大潜力，相关研究正在进行中。

这一成果近期发表在ACS Catalysis 上，文章的第一作者是四川大学博士研究生于晗

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