JACS：可见光激发钯催化的联烯去消旋化

作者：石油醚

南京大学俞寿云与天津大学党延峰课题组 合作开发了一种新颖的光激发钯催化的二取代联烯的去消旋化反应。机理研究揭示了手性诱导的双重模式：1）基态下钯催化剂对两种构型的联烯进行手性识别；2）激发态下通过非共价相互作用的驱动实现单一对映异构体的富集。这种新颖的光激发钯催化的去消旋化策略展现了新的反应模式与机制，为激发态对映选择性催化提供一个新的思路。相关文章发表于 J. Am. Chem. Soc. ，南京大学博士生 宋常华 和 柏祥彬 、天津大学 李勃 为论文共同一作， 俞寿云 和 党延峰 教授为该文共同通讯作者。

去消旋化是一种具有潜力的构建手性中心的新颖手段，能够在不改变化学结构的情况下，将一对外消旋体选择性的转化为单一对映体，具有100%的原子经济性。然而，由于去消旋化是反热力学过程，因此需要外部能量来维持熵平衡。并且，微观可逆性原理使得这一过程在动力学上具有挑战性。可见光作为一种可持续的能源，通过光能的输入可以克服去消旋化过程的热力学和动力学限制（图一a）。

手性联烯具有两个正交累积π体系的独特结构，在有机合成中可以作为多种合成用途的合成子，并且在功能材料和天然产物中广泛存在。鉴于消旋联烯的合成已经得到了充分的研究，通过去消旋化过程获得光学活性联烯是一种极具吸引力且具有挑战的策略。例如，Bach及其同事通过手性光敏剂与联烯之间的氢键相互作用，利用敏化速率的差异实现了联烯的光化学去消旋化（图一b）。该联烯底物中需要预设氢键的给体和受体限制了底物的适用范围。

南京大学俞寿云课题组近年来致力于可见光介导激发态过渡金属催化的不对称转化（ J. Am. Chem. Soc. 2022 , 144 , 10958； ACS Catal. 2023 , 13 , 2857； Org. Lett. 2024 , 26 , 5232.）。在此基础上， 俞寿云课题组（实验部分）与天津大学党延峰课题组（理论计算部分）合作，开发了可见光激发钯催化的策略，实现了消旋联烯的去消旋化反应。 相关成果发表在 J. Am. Chem. Soc. （DOI：10.1021/jacs.4c07126，图一c）。

图一 联烯的光化学去消旋化

作者以消旋的芳基烷基二取代联烯作为模板底物对反应条件进行了优化。在Pd ₂ dba ₃ 和大位阻富电子的手性双膦配体 L1 组成的催化体系下，以碳酸钾作为添加剂，DMSO作为反应溶剂，30 ^o C下在427 nm的蓝光照射2.5小时，能够以几乎定量的收率（GC yield > 99%）和94% ee得到手性联烯。更换双膦配体中不同的取代基，对产率没有影响，ee值有所下降。更换不同的反应溶剂，收率和对映选择性都有所降低。使用碳酸铯代替碳酸钾，ee也能够取得较好的结果，使用醋酸钾代替碳酸钾时，对映选择性明显下降。当使用能量更低的456 nm波长的灯代替427 nm时，反应的去消旋化效率降低。使用二价钯代替零价钯，没有去消旋化效果。控制实验表明，不加光、钯或者配体，反应均无法进行。不加碳酸钾，反应的去消旋化效果较差。

接下来，作者对该反应的机理进行了深入的研究。首先，作者进行了动力学实验和光谱研究，探究了光化学去消旋化过程的可能机制（图二）。作者监测了模板反应的产率和ee值随时间的变化（图二a），观察到快速去消旋化现象，并且ee值在2h内达到了峰值。随着反应时间的延长，对映体富集的联烯发生了消旋和分解。在标准条件下，分别监测了光学纯 R –1 和 S –1 的去消旋化过程。观察到 R –1 在2.5小时内完全转变为 S –1 （图二b）。在模板条件下4小时， S –1 的产率和光学纯度几乎保持不变（图二c），随着反应时间的延长，开始缓慢分解和消旋。紫外-可见（UV-vis）吸收光谱和光源的发射光谱表明，消旋联烯 rac –1 本身在可见光区域没有吸收。Pd/ L1 配合物在400-450 nm范围内显示出明显的吸收，当添加联烯 rac –1 后光谱吸收增强。