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手性苄胺广泛存在于药物(Rivastigmine,Cinacalcet)、农用化学品(Indaziflam)、手性助剂和催化剂配体中(Figure 1)。催化不对称C(sp3)-H官能团化是合成光学纯有机化合物的有效方法,但C-H键的不对称转化仍充满挑战。近年来,手性过渡金属配合物的设计促进了催化不对称C(sp3)-H胺化反应的发现,其主要涉及由叠氮化物产生的氮烯或存在I(III)氧化剂。
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
目前,在手性Rh、Ru、Ir和Co复合物或突变的P450酶存在下,分子内不对称C(sp3)-H胺化已经实现;相比之下,相应的分子间反应研究较少。继Müller开发了手性Rh(II)配合物之后,Hashimoto和Davies等人报道了不对称苄基C(sp3)-H胺化的新催化剂,但该方法需底物过量且对映体控制能力有限。随后,Bach在Rh2(esp)2复合物的启发下开发了超分子方法,但其产率和对映选择性一般且适用范围仅限于3-苄基喹诺酮。近日,法国巴黎-萨克雷大学Philippe Dauban课题组利用新的苄基氨基磺酸酯作为氮烯前体和手性Rh(II)络合物为催化剂,实现了各种苄基底物的催化不对称分子间C(sp3)-H胺化(Scheme 1),该成果发表在近期Angew. Chem. Int. Ed.上(DOI: 10.1002/anie.201902882)。
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
首先,作者研究了乙基苯1a与苄基氨基磺酸酯3a在手性络合物[Rh2(S-tfpttl)4](4a)催化下的反应(Table 1)。初步实验结果显示,苄基氨基磺酸酯可以作为高活性氮烯源。接下来,作者利用4a催化下乙基苯的胺化筛选了各种氨基磺酸酯,发现苄基氨基磺酰氮烯具有高反应性,其中五氟苄基氨基磺酸酯3e的反应效果最佳。因此,3e被选为氮烯前体进行后续研究。
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
其次,作者评估了溶剂对产率和对映选择性的影响,并发现三氟甲苯效果最好(产率:92%;e.r.,82:18)。同时,作者筛选了各种二铑(II)络合物,揭示了全氟化邻苯二甲酰基保护基对对映选择性的关键影响。
接下来,作者研究了氨基酸侧链对反应过程的影响(Table 2),并发现对映选择性随配体侧链体积的增大而增加。因此,取代基从甲基转换为叔丁基取代基、金刚烷基或3,5-二甲基金刚烷基时,反应产率和对映选择性均可以提高。其中,Rh2(S-tfptad)4(4b)在提高对映选择性方面效果更好。最后,作者将催化剂负载量降低至1 mol%或0.1 mol%,反应的反应性和选择性均保持相同水平。因此,作者选择8和9的条件研究了不对称苄基C(sp3)-H胺化的范围(Scheme 2)。
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
随后,作者利用优化的反应条件评价了各种底物。当用络合物4b(1 mol%)时,反应分离产率高达99%(e.r.,92:8),且该反应可以在mmol规模上进行,还可以略微改善其e.r.值(e.r.,94.5:5.5),但在某些情况下,其产率下降约5-15%。作者还发现C(sp3)-H胺化可以耐受吸电子和给电子取代基,含富电子的底物具有更高的转化率。另外,增加取代基的体积(如叔丁基或芳基)可以提高反应得选择性。而对于化合物2ge和2je,乙基取代基对区域选择性更有利。此外,作者还研究了具有较长侧链的底物,虽然具有良好的产率(40-81%),但选择性大大降低。
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
然后,作者将Rh2(S-tfptad)4(4b,1 mol%)应用于更复杂的底物(Figure 2)。一方面,作者利用脱氢松香酸甲酯类似物得到单一异构体2ue(65%)。另一方面,舒巴坦衍生物2ve和肉桂酸2we均表现出优异的化学选择性,反应仅发生在苄乙基部分。
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
最后,作者在克级规模上进行了C(sp3)-H胺化反应(Scheme 3),利用1m为底物以90%的产率得到2me(e.r.,94.5:5.5),并发现Rh2(S-tfptad)4复合物可以诱导(S)-对映体的产生。在温和条件[75℃,溶剂:乙腈/水(2:1),碱:吡啶]下,反应即可脱除氨基磺酰基得到定量产率的游离胺。
(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
结语:
Philippe Dauban课题组发展了五氟苄基氨基磺酸酯(3e)/手性铑配合物Rh2(S-tfptad)4(4b)参与的催化不对称分子间C(sp3)-H胺化反应。该反应具有广泛的底物适用范围、优异的产率(可高达99%)和对映选择性(可高达89%)。此外,作者揭示了苄基氨基磺酸酯作为氮烯源的高反应性。
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