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有机化学
ChineseJournalofOrganicChemistry
ISSN0253-2786,CN31-1321/O6
《有机化学》网络首发论文
题目:金属卡宾参与的对映选择性去对称化反应研究进展
作者:滕明瑜,韩涛,黄恩和,叶龙武
收稿日期:2022-06-21
网络首发日期:2022-07-14
引用格式:滕明瑜,韩涛,黄恩和,
研究进展[J/OL].有机化学.
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췸싧쫗랢쪱볤ꎺ2022-07-1411:04:39
췸싧쫗랢뗘횷ꎺ.
有机化学DOI:
ChineseJournalofOrganicChemistryREVIEW
金属卡宾参与的对映选择性去对称化反应研究进展
滕明瑜*,aa,#b,#*,a,b,c
韩涛黄恩和叶龙武
(a云南师范大学化学化工学院昆明650500)
(b厦门大学化学化工学院厦门361005)
(c中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室上海200032)
摘要金属卡宾在有机合成中具有非常重要的应用,
以金属卡宾的反应类型分类,介绍了金属卡宾参与的去对称化C–H插入反应、Buchner反应、Si–H插入
反应和B–、钌、铜等催化剂的催化下,反应可高对映选择性地合成手性碳环化合
物、杂环化合物、有机硅化合物和有机硼化合物,极大地丰富了不对称合成化学的发展.
关键词重氮化合物;金属卡宾;去对称化;不对称合成
Researchprogressonenantioselectivedesymmetrizationreactions
involvingmetalcarbenes
*,aa,#b,#*,a,b,c
Teng,Ming-YuHan,TaoHuang,En-HeYe,Long-Wu
(aCollegeofChemistryandChemicalEngineering,YunanNormalUniversity,Kunming,650500)
(bCollegeofChemistryandChemicalEngineering,XiamenUniversity,Xiamen,361005)
(cStateKeyLaboratoryofOrganometallicChemistry,ShanghaiInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyof
Sciences,Shanghai200032)
AbstractMetalcarbeneshavebeenwidelyappliedinorganicsynthesis,andtheycanundergoavarietyof
,thedesymmetrizationofC–Hinsertion
reaction,Buchnerreaction,Si–HinsertionreactionandB–Hinsertionreactioninvolvingmetalcarbenesisintro-
,ruthenium
andcoppercatalysts,chiralcarbocycles,heterocycles,organosiliconsandorganoboronscanbeobtainedwithhigh
enantioselectivity,whichgreatlyenrichesthedevelopmentofasymmetricsyntheticchemistry.
Keywordsdiazocompounds;metalcarbene;desymmetrization;aymmetricsynthesis
金属卡宾是有机合成中一类非常重要的活性中间体,其产生方式广泛,,
过渡金属分解重氮化合物产生的金属卡宾在过去的几十年中得到了极为丰富的研究和发展[1,2].重氮化合物在过渡
金属的存在下分解失去一分子氮气,形成一系列具有不同稳定性和反应活性的金属卡宾络合物,可以发生X–H插
入、环加成、Wolff重排、交叉偶联、叶立德重排等一系列反应(图1),在有机合成中得到广泛的应用.
*E-mail:******@;******@
.-.
ReceivedJune21,2022;revisedJuly4,2022.
ProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina()..
项目受国家自然科学基金()资助.
,42,xxxx~xxxx©2022ChineseChemicalSociety&SIOC,CAShttp://sioc-:.
有机化学有机化学综述与进展
图1重氮化合物生成金属卡宾参与的反应
Scheme1Reactionsinvolvingmetalcarbenesfromdiazocompounds
近些年来,、材料科学和化学生物学等领域中,手性化合
物也是一类非常重要的起始原料或中间体[3].在现代有机合成中,有关对映体纯的手性分子的构建具有重要研究意
,前手性或者内消旋化合物的去对称化反应是一种非常有效的合成手性
化合物的策略[4](图2).与先前依赖于前手性化合物的对映面区分的方法相比,这种方法则是选择性转化底物中的
,因此几乎所有类
型的催化不对称反应都可以运用该策略,近年来受到越来越多的研究关注.
图2对映选择性去对称化反应合成手性化合物
Scheme2Synthesisofchiralcompoundsfromenantioselectivedesymmetrizationreactions
在过去的几十年中,过渡金属催化重氮化合物产生金属卡宾构建手性分子的不对称合成已得到了广泛的关注和
,,本文将以不同的反应类型
分类,系统介绍金属卡宾参与的不对称去对称化反应.
1金属卡宾参与的去对称化C–H插入反应
自从1990年McKervey课题组报道了第一例手性铑催化对映选择性的分子内C–H插入反应以来[5],Doyle[6]和
Hashimoto[7]等课题组在不对称的C–H插入反应方面做出了非常重要的工作[8].通过使用手性铑或铜催化剂,不对称
的C–,通过C–H插入反应实现反应物的去对称化是一
种非常有效的策略.
–H插入反应
1991年,Doyle课题组使用手性铑催化剂Rh2(5S-NEPY)4,实现了重氮酯化合物1和3的去对称化C–H插入反
应,该反应可分别以70%和79%的ee值得到内酯化合物2和4[6e](图3).
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图3铑催化重氮酯化合物的去对称化C–H插入反应
Scheme3Rh-catalyzeddesymmetrizationofC–Hinsertionreactionofdiazoacetates
随后在1994年,同样是Doyle课题组报道了使用不同手性铑催化剂催化环烷基重氮酯化合物5的去对称化C–H
插入反应[9].当使用催化剂Rh2(4S-MACIM)4时,反应能以99:1的非对映选择性和优秀的对映选择性得到cis-双环内
(4S-MEOX)4均能以优秀的对映选择性合成cis-双环内酯化合物6和trans-双环内酯化
合物7(图4).
图4铑催化环烷基重氮酯化合物的去对称化C–H插入反应
Scheme4Rh-catalyzeddesymmetrizationofC–Hinsertionreactionofcycloalkyldiazoacetates
2016年,Hashimoto课题组利用手性铑催化α-烷基-α-重氮酯化合物8、10和12发生分子内去对称化C–H插入
反应,对映选择性和非对映选择性地构建并环双环化合物9、11和13(图5)[10].在温和条件下,反应能够化学选
择性地得到cis-式的并环化合物,相应产物的ee值可达99%.其中,化合物9可以被进一步转化为合成天然产物
UdoteatrialHydrate的重要中间体.
,42,xxxx~xxxx©2022ChineseChemicalSociety&SIOC,CAShttp://sioc-:.
有机化学有机化学综述与进展
图5铑催化α-烷基-α-重氮酯化合物的去对称化C–H插入反应
Scheme5Rh-catalyzeddesymmetrizationofC–Hinsertionreactionofα-alkyl-α-diazoesters
2021年,Maguire课题组发展了一类新颖的手性双铑催化剂并成功应用于C–-重氮-β-氧代
砜化合物14作为底物时,可以通过分子内不对称C–H插入反应实现底物的去对称化[11],以优异的产率、高非对映
选择性和良好的对映选择性合成六并硫吡喃双环化合物15,ee值可达84%(图6).
图6铑催化α-重氮-β-氧代砜化合物的去对称化C–H插入反应
Scheme6Rh-catalyzeddesymmetrizationofC–Hinsertionreactionofα-diazo-β-oxosulfones
–H插入反应
铜催化分解重氮化合物产生金属卡宾的方法在不对称C–,Chiu课题组
报道了一例使用手性双恶唑啉铜催化剂催化内消旋氧杂双环重氮羰基化合物16的去对称化C–H插入反应[12].虽然
反应的对映选择性控制不是很理想,产物17的ee值只有50%,但该反应为去对称化C–H插入反应的发展和完善提
供了新的思路(图7).
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图7铜催化内消旋氧杂双环重氮羰基化合物的去对称化C–H插入反应
Scheme7Copper-catalyzeddesymmetrizationofC–Hinsertionreactionofmeso-oxabicyclodiazoketones
2014年,Maguire课题组通过对配体的筛选,发现使用手性茚骨架双恶唑啉铜作为催化剂,实现了2-砜基-2-
重氮酰***化合物18的去对称化C–H插入反应[13].该反应能以82%的ee值得到γ-内酰***化合物19(图8).
图8铜催化2-砜基-2-重氮酰***化合物的去对称化C–H插入反应
Scheme8Copper-catalyzeddesymmetrizationofC–Hinsertionreactionof2-sulfonyl-2-diazoacetamides
随后在2019年,Maguire课题组通过对底物的改造,利用环烷基连接的具有前手性的α-重氮-β-氧代砜化合物
20作为底物,使用手性双恶唑啉铜作为催化剂,通过分子内去对称化C–H插入反应,以高对映选择性和非对映选
择性实现了四氢-2氢-硫吡喃并环化合物21的构建,ee值可达98%(图9)[14].
图9铜催化α-重氮-β-氧代砜化合物的去对称化C–H插入反应
Scheme9Copper-catalyzeddesymmetrizationofC–Hinsertionreactionofα-diazo-β-oxosulfones
2金属卡宾参与的去对称化Buchner反应
在过去的几十年里,不少的课题组已经报道了过渡金属催化的分子内Buchner反应[15].在天然产物合成中,这
种独特的策略可以高效地直接构建七元碳环化合物.
2015年,Doyle课题组报道了使用手性铑催化剂Rh2[(S)-TFPTTL]4催化δ,δ-二芳基重氮羰基酯化合物22的去
对称化Buchner反应,反应可以构建环庚三烯化合物23,同时在路易斯酸或三***乙酸的存在下可以两步一锅法合成
4-芳基四氢萘***化合物24[16].该反应基于acceptor-acceptor金属卡宾实现了相关产物的高对映选择性合成,ee值可
达97%(图10).
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有机化学有机化学综述与进展
图10铑催化δ,δ-二芳基重氮羰基酯化合物的去对称化Buchner反应
Scheme10Rh-catalyzeddesymmetrizationofBuchnerreactionofδ,δ-diaryldiazoacetoacetates
2019年,Iwasa课题组报道了首例手性钌催化剂Ru(II)-Pheox催化重氮酰***化合物25的去对称化Buchner反应
[17].该反应实现了很好的区域选择性,以优异的产率和高对映选择性构建了γ-内酰***并环庚三烯双环化合物26,产
率和ee值都可达99%(图11).
图11钌催化重氮酰***化合物的去对称化Buchner反应
Scheme11Ru-catalyzeddesymmetrizationofBuchnerreactionofdiazoacetamides
2021年,-重
氮-β-氧代***化合物27作为底物时,该反应能以90%的产率和73%的ee值通过去对称化策略合成氮杂薁***类化合物
28[11](图12).
图12铑催化α-***基-α-重氮酰***化合物的去对称化Buchner反应
Scheme12Rh-catalyzeddesymmetrizationofBuchnerreactionofα-cyano-α-diazoacetamides
3金属卡宾参与的去对称化Si–H插入反应
在过去的近几十年中,过渡金属催化重氮化合物的不对称Si–H插入反应已得到广泛的关注和长足的发展[1d,18],
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,将去对称化策略引入到不对称的Si–H插入反应当中
时,反应可以同时构建碳手性中心和硅手性中心,为手性有机硅合物的合成提供一个全新的方法[19].
2010年,Katsuki课题组将铱(III)–席夫碱型手性复合物应用于催化重氮乙酸酯与硅烷发生不对称Si–H插入
-***-α-重氮乙酸叔丁酯30反应时,可以高对映选择性地构建含硅手性中心化合
物31,并且具有良好的产率和非对映选择性[20].值得指出的是,这也是首例基于不对称Si–H插入反应高对映选择
性地构建硅手性中心的报道(图13).
图13铱催化重氮酯化合物的去对称化Si–H插入反应
Scheme13Ir-catalyzeddesymmetrizationofSi–Hinsertionreactionofdiazoacetates
2017年,Iwasa课题组报道了使用手性钌催化剂Ru(II)-Pheox催化前手性硅烷32和重氮酯化合物33的去对称
化Si–H插入反应[21].该反应能最高以93%的产率得到手性硅化合物34,经过一步还原,化合物34可以转化为含有
手性硅的醇类化合物35,ee值可达99%(图14).
图14钌催化重氮酯化合物的去对称化Si–H插入反应
Scheme14Ru-catalyzeddesymmetrizationofSi–Hinsertionreactionofdiazoacetates
2020年,Franz课题组运用同样的去对称化策略,使用手性铑催化剂Rh2(S-TCPTTL)4实现了硅烷36和二芳基
重氮化合物37的去对称化Si-H插入反应[22].当重氮化合物上的两个芳基相同时,该反应能最高以86:14的er值得
到手性硅化合物38;当重氮化合物上的两个芳基不相同时,该反应可同时构建碳手性中心和硅手性中心,手性硅化
合物39的dr值可达98:2,er值可达95:5(图15).
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有机化学有机化学综述与进展
图15铑催化二芳基重氮化合物的去对称化Si–H插入反应
Scheme15Rh-catalyzeddesymmetrizationofSi–Hinsertionreactionofdiaryl-diazocompounds
4金属卡宾参与的去对称化B–H插入反应
硼元素作为元素化学中的重要组成部分,有机硼化合物可被用作多用途合成砌块,在有机合成中具有重要的应
用价值。通过金属卡宾参与的不对称B–H插入反应可以简单、高效地引入硼元素,,
这类方法往往局限于构建碳手性中心,,由于硼的原子半径较小(相比于C、N、
S、P等),这就使得在硼原子上直接构建手性中心具有极大的挑战性[23].其中,去对称化的B–H插入反应是一种非
常有效的策略.
近期,宋秋玲课题组使用前手性的2-芳基吡啶硼烷40和重氮化合物41作为原料,在手性铜催化下发生不对称
的去对称化B–H插入反应,成功实现直接构建硼手性中心,多样性和高对映选择性地合成了系列含硼手性类化合物
42(图16).实验结果和理论计算结果指出在2-芳基吡啶硼烷的7号位的取代基团,对产物的立体选择性控制有着
重要的影响[24].
图16铜催化重氮化合物的去对称化B–H插入反应
Scheme16Cu-catalyzeddesymmetrizationofB–Hinsertionreactionofdiazocompounds
5结论与展望
金属卡宾参与的去对称化反应在不对称有机合成中是一类非常有效的方法,可以高效高对映选择性地构建含一
个或多个立体中心的手性分子,在制药业、
8http://sioc-/©2022ChineseChemicalSociety&SIOC,,42,xxxx~xxxx:.
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宾参与的不同反应类型,介绍了去对称化的C–H插入反应、Buchner反应、Si–H插入反应和B–
手性铑、钌和铜等催化剂,反应能高效合成手性碳环化合物、杂环化合物、有机硅化合物和有机硼化合物,大大丰
富了基于金属卡宾化学和去对称化反应的不对称催化.
尽管金属卡宾参与的去对称化反应在过去的几十年中已取得了系列重要进展,但去对称化的反应类型还是比较
–,如何运用去对称化的策略实现卡宾化学更多的反应类型将一直吸引着化学
,去对称化反应的金属卡宾来源目前主要局限于过渡金属分解重氮化合物这一途径,探索出更多的金
属卡宾产生方式并实现其对称化将是未来这一领域的重要研究方向.
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