东京科学研究所开发铁催化非对称1,6加成:脂肪族格氏试剂高选择性构建C–C键

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东京科学研究所(Science Tokyo)的研究人员报告称,已实现脂肪族格氏试剂对α,β,γ,δ-不饱和羰基化合物的高选择性非对称1,6加成。该方法采用铁催化体系并引入手性N-杂环卡宾(NHC)配体,以提升区域选择性、立体选择性与对映选择性,同时抑制反应过程中可能出现的副反应。相关成果已发表于《应用化学国际版》(Angewandte Chemie International Edition)。

在有机合成中,亲核试剂对α,β-不饱和羰基化合物的共轭加成(迈克尔加成)是构建碳-碳(C–C)键的基础反应之一,可用于高效搭建复杂分子骨架,并在药物、天然产物与高分子材料合成中得到广泛应用。研究人员指出,将该策略进一步拓展至α,β,γ,δ-不饱和羰基化合物的1,6加成,有助于提升分子结构复杂度,但在区域选择性控制以及抑制β-氢消除等副反应方面存在挑战。

研究团队表示,实现具备对映选择性的1,6加成难度更高。既有报道多依赖钯、铑等贵金属催化体系,且常受底物范围或选择性限制。

据论文介绍,本项工作由东京科学研究所生命科学与技术学院副教授秦武志(Takeshi Hata)团队完成。团队在研究中实现了脂肪族格氏试剂对α,β,γ,δ-不饱和羰基化合物的高度区域、立体及对映选择性1,6加成。秦武志表示,通过将铁催化剂与手性NHC配体结合,研究建立了一个面向脂肪族亲核试剂的高选择性加成平台。

研究人员回顾称,其早期工作已在铁催化条件下实现芳基格氏试剂对电子缺陷共轭二烯体的高度顺式选择性1,6加成,但该体系的反应活性此前难以扩展至脂肪族亲核试剂。为解决这一问题,团队在本研究中引入刚性四环手性NHC配体。论文称,这一设计可抑制竞争性的β-氢消除,从而推动脂肪族格氏试剂发生高选择性1,6加成。

在代表性结果中,研究报告产物可获得单一顺式烯烃异构体,对映体过量最高达99%,产率最高为92%。研究还称,该反应对底物具有较广适用性,覆盖线性、支链及功能化烷基试剂,并适用于多种共轭羰基化合物。

机理方面,团队通过氘标记实验开展研究。结果显示,反应过程涉及铁-NHC-烷基络合物的形成,随后生成s-顺式二烯-烷基-铁中间体;继而发生烷基迁移生成镁烯醇盐,最终经质子化得到1,6加成产物。论文指出,高选择性与手性NHC配体的刚性结构相关,该结构在铁中心周围形成明确的非对称手性环境,从而引导反应路径。

秦武志在论文中表示,这是首次利用常见且地球丰度较高的金属而非贵金属,实现脂肪族格氏试剂与α,β,γ,δ-不饱和羰基化合物的高选择性、可持续的非对称C–C键构建反应,并期待该平台在药物发现、材料科学及工业精细化学等方向带来应用空间。


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