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天大马军安Angew：内炔的催化不对称环丙烯化反应:合成二氟甲基三元碳环

研之成理 · 公众号 · 科研 · 2019-11-02 07:00

正文

▲第一作者：张志奇；通讯作者：Ilan Marek，张发光，马军安
通讯单位：天津大学

论文DOI：10.1002/anie.201911701

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研究者报道了 Rh(II) 催化内炔与本课题组发展的二氟重氮试剂 (PhSO ₂ CF ₂ CHN ₂ ,Ps-DFA) 的环丙烯化反应，提供了一种快速、高效、高对映选择性构建二氟甲基环丙烯的方法。

背景介绍

手性环丙烯因其多用途的反应活性在合成化学领域一直受到广泛关注。炔烃与重氮化合物的不对称环丙烯化反应是构建此类张力环分子的有效方法，其中末端炔烃参与的【2+1】环加成反应由 Doyle、Corey、Davies 等人率先发展，并取得了很大的成功。与此形成鲜明对比的是，内炔化合物由于位阻增大、活性降低等原因，其参与的催化不对称环丙烯化反应仍是该领域的一个重要挑战。

到现在为止，Davies 小组报道了唯一成功的例子，但需要使用 Au-Ag 协同催化，且底物需为 donor-acceptor 类型的重氮酸酯底物（图一 a）。Carreira 小组报道了三氟重氮乙烷与内炔的环丙烯反应，但只能得到消旋的产物(图一 b)。此外，含氟重氮化合物近年来已发展成为构建众多氟烷基化碳环、杂环和开链分子的重要砌块，但其参与的不对称环丙烯化反应仍未见报道。

▲图一：内炔与重氮化合物的催化对映选择性环丙烯反应

研究出发点

含氟卡宾化学领域是我们课题组研究兴趣的重要组成部分。受 Carreira 和 Morandi 的启发，设想惰性内炔的催化对映选择性环丙烯化可以利用我们最近开发的二氟重氮试剂 (PhSO ₂ CF ₂ CHN ₂ , Ps-DFA) 来实现。因此，在此篇论文报道了我们对这一目标的研究：通过 Rh(II) 催化的 Ps-DFA 与一系列内炔的高度对映选择性环丙烯反应(图一c)，且该反应是催化仅含有电子受体的卡宾前体与内炔不对称加成反应的第一个例子。

图文解析

该反应最优条件为使用 1.5 mol % 的 Hashimoto [Rh2(S-TCPTTL)4] 催化剂，于二氯甲烷中在 -30 ºC 下反应 40 分钟即可，且克级实验对反应结果影响不大。在最优条件下，该不对称环丙烯化反应底物适用性良好。（图二）

▲图二：内炔底物扩展

二芳基取代的内炔在该反应条件下没有转化，为解决这一限制，首先通过标准反应条件制备得到高对映选择性卤代-环丙烯 ( 2af - 2ah )，随后溴代环丙烯 2af 通过交叉偶联反应（Suzuki 与 Heck），即可得到预期的手性二芳基环丙烯 2ai - 2ap， 此类分子通过其他方法将很难合成。（图三）

▲图三：卤代环丙烯的制备及反应活性

此外，所得产物可进行多种衍生转化，包括氢化、Diels-Alder 反应和 Pauson-Khand 反应，这为一系列手性二氟甲基张力环化合物的合成提供了有效方法。

▲图四：环丙烯 2a 的转化

为更好地理解该反应的对映选择性控制机制，与南开大学薛小松课题组合作，使用 [Rh ₂ ( S -TCPTTL) ₄ ] 作为模型催化剂，运用密度泛函理论进行了详细的理论计算研究，结果显示内炔与催化剂间的立体位阻效应对立体选择性控制起到了关键作用。

▲图五：对映选择性起源的立体控制模式

总结与展望

总而言之，我们开发了第一例高对映选择性的 Rh（II）催化的惰性内炔与含氟重氮试剂（Ps-DFA）的环丙烯化反应，为构建官能化不饱和手性三元碳环化合物提供了简便的途径。这项研究为仅电子受体卡宾前体与内炔催化对映选择性环丙烯化反应的长期挑战提供了简单而直接的答案。此外，通过立体选择性转化实验证明了所获得新型分子的合成价值。关于包括底物范围扩展和合成应用在内的研究也正在积极地进行之中。

该论文的第一作者为天津大学理学院 2017 级硕士研究生张志奇。

马军安教授介绍

马军安，天津大学教授，博士生导师。1991 年于河南大学获得学士学位。1999 年于南开大学获得博士学位，师从黄润秋教授。随后在周其林教授课题组担任科研助手，从事手性催化不对称合成和相关药物研究。2002 年在法国国家科研中心(CNRS)精细化学研究所从事博士后研究（合作教授: Dominique Cahard）。2004 年在德国马谱所(MPI)煤炭化学研究所从事博士后研究（合作教授：Manfred T. Reetz）。2005 年 7 月至今，就职于天津大学。2018 年起，同时为天津大学-新加坡国立大学福州联合学院PI。

2005 年度入选教育部新世纪优秀人才，2006 年天津市 “131” 创新型人才培养工程第一层次人选，2012 年获得国家杰出青年科学基金的支持，2018 年获得中国化学会黄维垣氟化学奖。马军安教授一直致力于有机不对称化学和有机氟化学的研究工作，目前发表学术论文 150 多篇，论文被引用次数达五千余次。

课题组主页：

http://tjmos.tju.edu.cn/majunan/

研之成理各版块内容汇总：

1. 仪器表征基础知识汇总

2. SCI论文写作专题汇总

3. Origin/3D绘图等科学可视化汇总

4. 理论化学

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