姚祝军课题组在“苯并异吡喃氧鎓离子化学研究”中取得新进展——醋酸钯/手性磷酸协同共催化的不对称串联构环新方法
发布日期：2013-09-03
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合成效率最优化是提高合成经济性之关键，更是有机合成研究永恒的主题，串联反应设计、发展和应用正是基于提升合成效率的考虑。成功的串联反应不仅在化学反应原理以及共价键形成动力学方面展示现代化学的艺术性，而且在包括天然产物在内的各类重要产品的合成生产中表现无与伦比的实用价值。化学化工学院姚祝军教授指导的研究组近年来根据天然产物Chlorofusin等合成中发现的化学转化效率问题（Qian, W.-J.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6400; Yao, Y.-S.; et al. J. Org. Chem. 2008, 73, 5221），持续研究了一类具有非经典弱休克尔芳香性的活泼中间体，即苯并异吡喃氧鎓离子（Isochromenylium）的化学特性，从中发现多种不同寻常的高效率碳正离子型串联反应（Hu, Z.-L.; et al. Org. Lett. 2009, 11, 4676; J. Org. Chem. 2009, 74, 8787; Chem. Eur. J. 2011, 17, 1268; Yu, S.-Y.; et al.; Tetrahedron Lett. 2012, 53, 2765; Zhang, H.; et al. RSC Advance 2012, 2, 5101.），为多种具有多取代四氢萘核心结构的化合物的合成和制备提供了捷径。
由于苯并异吡喃氧鎓离子的活泼化学性质，上述串联反应中存在的对映面立体选择性问题一直未能得到控制；而这也将大大制约它们用于合成重要药物和化学产品的实际价值。最近，该课题组博士生余述燕（今年6月已毕业）、张昊、莫磊、以及四年级本科生高扬（今年7月已毕业，现为上海有机所研究生）等组成的专题小组经过较长时间的摸索和方案修正，成功实现了第一例苯并异吡喃氧鎓离子中间体介导的催化不对称串联成环反应。该成果发表于国际著名化学刊物“美国化学会会志”(Yu, S.-Y.; Zhang, H.; Mo, Lei; Gao, Y.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11402.)。
该方法摒弃了以往采用的以空气稳定的苯并异吡喃氧鎓离子盐为反应底物的思路，而精心设计了反应现场以p-Lewis酸Pd(OAc)2催化活化底物1中的碳碳三键引发分子内羰基-炔烃环异构化产生金属化的苯并异吡喃氧鎓离子的方式启动反应；体系中存在的另一催化剂手性磷酸(S)-Trip依据简单的酸碱置换理论随即取代Pd(II)上的醋酸根成为新的配体；由于磷酸中P=O的特性，其又和另一反应底物2中的酚羟基发生氢键缔合作用将之拖入反应体系，从而组成了一个由两个反应底物和两个催化剂共同形成的完美的超分子反应过渡态。随即发生的关键的氧杂Diels-Alder反应（或形式上的[4+2]-环合）得到了对映面选择性、区域选择性、endo/exo选择性的全面控制。报道的40例反应均一次性形成三根新的化学键和两个新的环系，其中最高反应产率可达92%，产物对映过剩值高达99.5%。实现这一反应仅需要使用2.5mol% Pd(OAc)2和3.75mol% (S)-Trip催化剂；反应均在室温下完成，可以克级规模在实验室放大并保持催化效果。
