【有机】Ni-DBFOX手性配合物催化光氧化还原的不对称反应- 大数跨境

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2018-07-21

导读：厦门大学的龚磊课题组报道了Ni-DBFOX手性配合物催化α, β-不饱和羰基化合物与α-硅基胺的光氧化不对称还原反应。

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碳自由基是一类高活性的反应中间体，其介导的有机反应是构建惰性碳-碳、碳-杂原子键的高效途径，在合成中具有重要的用途。然而控制碳自由基转化过程的立体化学，实现自由基的不对称加成或偶联，却是极具挑战性的难题。特别是分子间的自由基不对称加成反应，到目前为止仅有非常少量的报道能够获得高对映选择性，而且反应中往往涉及化学计量的还原剂或者贵金属催化剂。

近日，厦门大学的龚磊课题组报道了Ni-DBFOX手性配合物催化α, β-不饱和羰基化合物与α-硅基胺的光氧化不对称还原反应。他们以廉价易得的Ni-DBFOX手性配合物作为可见光/不对称双功能催化剂，介导碳自由基形成的同时控制自由基转化过程的立体化学，获得的γ-氨基羧酸衍生物及γ-内酰胺产物具有高达80%-99%的对映选择性，相关结果发表在Chemical Science 上。

图1. Ni-DBFOX手性配合物催化光氧化还原的不对称反应。图片来源：Chem. Sci.

作者通过控制实验证明了该反应中手性配体、二价镍盐、惰性气氛、可见光源缺一不可；以自由基淬灭、捕获实验验证了碳自由基的形成和参与；经光暗实验、荧光量子产率计算（Φ = 0.59）排除了自由基链反应的可能；此外，紫外-可见光谱、荧光寿命测定、电化学测试、荧光淬灭等实验充分证明了二价镍配合物作为可见光氧化还原催化剂的能力。

在大量控制实验的支持下，作者提出以下反应机理：一方面催化剂Ni-L1和底物发生配体取代生成中间体A，另一方面Ni-L1作为光催化剂受到可见光激发，生成激发态[Ni-L1]*，[Ni-L1]*作为氧化剂单电子氧化2形成氨基自由基正离子B，且自身还原为[Ni-L1]^.-；B消除三甲基硅基正离子形成α-碳自由基C，进而与配合物中间体A发生自由基不对称共轭加成生成D，配合物自由基D被[Ni-L1]^.-还原生成碳负离子E，最终从水中获取质子形成F并解配位，生成产物和中间体A，中间体A进入下一次催化循环。

图2. 反应机理的推测。图片来源：Chem. Sci.

这一可见光参与的不对称反应具有良好的底物普适性，26种不同的α, β-不饱和羰基化合物与α-硅基胺反应，均能获得良好的产率和优秀的对映选择性（80-99% ee）。特别值得一提的是，当以α-硅基二级胺作为碳自由基前驱体时，反应可以发生自由基共轭加成-内酰胺化串联反应，直接获得手性γ-内酰胺产物（91-93% ee）。

图3. 方法学的应用：手性γ-内酰胺的合成。图片来源：Chem. Sci.

总结

该工作系统研究了Ni-DBFOX手性配合物作为可见光/不对称双功能催化剂的性能：一方面受可见光激发后对底物单电子转移，另一方面作为手性Lewis酸活化α, β-不饱和羰基化合物，进而控制碳自由基加成的立体化学，获得一系列高对映选择性的手性γ-氨基羧酸衍生物及γ-内酰胺产物。结合金属盐廉价、低毒、手性配体易得以及反应条件温和、立体选择性优秀等特点，该策略将为手性分子的合成打开一扇经济、绿色的大门。该工作的第一作者为硕士研究生沈祥（现已毕业）。