作为最小的不饱和环状分子, 环丙烯独特的刚性结构和多变的反应活性吸引了化学家的研究兴趣. 自1922年Demjanov^[1]报道了环丙烯化合物的首例合成以来, 现已发展了一系列环丙烯的合成方法. 手性环丙烯的合成是通过炔烃和重氮化合物的[2＋1]不对称环加成反应. 根据底物的不同, 这些不对称环加成反应可以分为四类: (a)末端炔烃和单取代重氮化合物的反应, (b)末端炔烃和双取代重氮化合物的反应, (c)非末端炔烃和双取代重氮化合物的反应, (d)非末端炔烃和单取代重氮化合物的反应. 在这四类反应中, 末端炔烃和单取代重氮化合物的不对称反应相对容易进行. 1992年, Doyle和Müller等^[2]报道了手性铑催化剂[Rh₂(5R-MEPY)₄]促进的末端炔烃和重氮醋酸酯之间的不对称环丙烯基化反应(Scheme 1a).随后各种手性催化剂包括[Rh₂(OAc)- (DPTI)₃]^[3]、Ir(salen)衍生物^[4]和[Co(3,5-diMes-Chen- Phyrin)]^[5]等被先后报道用于末端炔烃和单取代重氮化合物的不对称[2＋1]环加成反应. 

相对而言, 其它三类不对称[2＋1]环加成反应较为困难. 2004年, Davies课题组^[6]报道了在手性铑催化剂[Rh₂(S-DOSP)₄]作用下, 末端炔烃与芳基重氮醋酸酯的对映选择性环丙烯化反应(Scheme 1b). 2012年, Davies小组^[7]又实现了在手性双金络合物[(S)-xylylBINAP- (AuCl)₂]催化下非末端炔烃和芳基重氮醋酸酯的不对称环加成反应(Scheme 1c).他们认为: 金催化相对于常用的铑催化而言, 由于反应中间体金卡宾络合物对立体位阻不那么敏感, 因此能够高效地控制donor/acceptor卡宾和位阻较大的末端炔烃反应的立体选择性. 令人遗憾的是, 非末端炔烃和单取代重氮化合物的不对称[2＋1]环加成反应一直没有报道(Scheme 1d). 

最近天津大学理学院化学系马军安教授课题组报道了利用他们发展的二氟亚甲基砜基重氮化试剂(PhSO₂CF₂CHN₂,Ps-DFA)^[8], 成功地实现了首例Rh(II)催化不对称非末端炔烃与单取代卡宾前体的环加成反应(Scheme 2)^[9]. 

他们发现在较低的温度下Du Bois催化剂[Rh₂esp₂]可以催化非末端炔烃和Ps-DFA的反应, 以中等产率得到目标产物. 他们进一步筛选不同的手性Rh(II)催化剂, 包括Rh₂(S-DOSP)₄,Rh₂(OAc)(DPTI)₃和Rh₂(S-PTTL)₄. 其中Rh₂(S-PTTL)₄^[10]可以得到较高的产率和ee值. 最后通过对配体的优化, 发现Rh₂(S-TCPTTL)₄可以显著地提高ee值. 在最优反应条件下, 一系列非末端炔烃均能以较高的收率和ee值得到对映体富集的偕二氟亚甲基砜基取代的环丙烯化合物. 该反应具有广泛的底物普适性和官能团兼容性. 例如苯环上取代的强吸电子基:CN、CF₃和NO₂均能兼容. 萘环、噻吩环以及吡啶环取代的炔烃底物也同样适用. 

该反应得到的环丙烯产物能够发生脱砜化、氢化还原、Diels-Alder反应以及Pauson-Khand反应等, 这些转化反应具有高度的立体选择性, 通过这些转化反应可得到在合成上非常有用的手性含氟合成砌块(Scheme 3). 

总之, 马军安教授课题组的工作解决了非末端炔烃和单取代卡宾前体的对映选择性环加成问题, 丰富了构建手性环丙烯的合成方法学. 但还有一些问题尚待研究, 例如三氟甲基取代的卡宾前体与末端炔烃以及非末端炔烃的不对称环加成反应.

该文发表在Chin.J.Org.Chem.2020,40(3):806-807.  DOI:10.6023/cjoc202000011,.

References

[1]    Demjanov, N. Y.; Doyarenko. M. N. Bull. Acad. Sci.Russ. 1922, 16, 297. 

[2]    Protopopova, M. N.; Doyle, M. P.; Müller, P.; Ene, D. J.Am. Chem. Soc. 1992, 114, 2755.

[3]    Lou, Y.; Horikawa, M.; Kloster, R. A.; Hawryluk, N. A.; Corey, E.J.J. Am. Chem. Soc. 2004, 126,8916.

[4]    Uehara, M.; Suematsu, H.; Yasutomi, Y.; Katsuki, T.J. Am.Chem. Soc. 2011, 133, 170.

[5]    Cui, X.; Xu, X.; Lu, H.; Zhu, S.; Wojtas, L.; Zhang, X. P. J. Am.Chem. Soc. 2011, 133, 3304.

[6]    Davies, H. M. L.; Lee, G. H. Org. Lett. 2004, 6,1233.

[7]    Briones, J. F.; Davies, H. M. L. J. Am. Chem. Soc. 2012,134, 11916.

[8]    Zeng, J.-L.; Chen, Z.; Zhang, F.-G.; Ma, J.-A. Org. Lett. 2018,20, 4562.

[9]    Zhang, Z. -Q.; Zheng, M.-M.; Xue, X.-S., Marek, I.; Zhang, F.-G.;Ma, J.-A. Angew. Chem., Int.Ed. 2019, 58, 18191.

[10]   Kitagaki, S.; Anada, M.;Kataoka, O.; Matsuno, K.; Umeda, C.; Watanabe, N.; Hashimoto, S. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121,1417.