Nat. Commun.：Au催化不对称氢芳化一步同时构建轴手性和面手性

催化不对称分子内氢芳基化反应作为一种高效且通用的策略，在面手性或螺手性合成方面得到了广泛的研究。过渡金属催化（Au、Pt、Rh和Pd）催化的此过程皆有报道。例如，Alcarazo和Tanaka小组实现了Au催化和Rh催化的分子内炔烃氢芳基化，实现了轴手性联芳和螺烯的对映选择性合成 (图1a)。Uemura小组实现了Pd催化的烯炔不对称环异构化，用于轴手性的构建。Urbano和Carreño团队实现了Au催化的环化方法来构建面手性萘并二茂铁的(图1a)。随后，Shibata小组利用Pt催化报道了类似的反应。与此同时，分子内的氢芳基化在立体选择性控制螺烯的合成也取得了重要进展。例如，Shibat小组实现了铑催化轴手性多环芳烃的区域选择性不对称合成，Stará和Starý开发了一种镍催化对映选择性[2 + 2 + 2]环异构化过程。Toullec、Yan、Irie和Sparr分别利用有机小分子催化实现了芳基炔烃的对映选择性环化反应，构建包括轴手性或轴手性和螺手性。然而，对映选择性的一步同时构建轴手性和面手性一直没有被实现。

最近，复旦大学张俊良教授/李志铭团队和华东师范大学吴海虹教授课题组合作，发展了一种金/Sadphos催化的1,3-二烯-5-炔的不对称氢芳化，首次实现了一步同时构建轴手性和面手性化合物的方法（>40 examples, up to 92% yield, 99% ee, 图1c）。相关成果发表在Nature Communications 上。

图1. 不对称氢芳化去对称化发展。图片来源：Nat. Commun.

作者通过1aa反应底物，张俊良教授课题组发展的Sadphos家族配体（Ming-Phos（张展鸣博士发展），Xu-Phos（许冰博士发展），Xing-Phos（胡浩翔硕士发展），TY-Phos（林桃燕博士发展），PC-Phos（张培超博士发展））作为手性配体，二氯甲烷为溶剂，在0 ℃的反应体系中，实现不对称的氢芳化反应。作者发现，Sadphos配体膦上的电性（R = Ph、Cy、Ad、tBu）对目标产物的对映选择性和非对映选择性有很大的影响（图2）。

图2. 条件筛选。图片来源：Nat. Commun.

在最优条件下，作者考察了不同位阻的烷基醚对反应的影响，考察发现环己基甲基作为一种优势取代基，能够高对映选择性和高非对映选择性获得渴望的目标产物（图3）。作者随后对底物进行了普适性考察，苯环或者萘环上，含有给电子基团、吸电子基团以及萘普生衍生的底物进行反应，均能高产率、高对映选择性以及高非对映选择性获得对应的氢芳化产物（图3）。

图3. 普适性考察。图片来源：Nat. Commun.

同时，为了展示此方法的实用性，作者以1al和1ag作为底物在标准条件下分别克级规模的制备了目标产物（图4a）。为了探究反应机理，作者进行了一系列相关的实验研究，利用甲基替代烷氧基取代基，对映选择性和非对映选择性略微降低；然而利用氢替代烷氧基取代基时，面选择性急剧下降；而烯烃替换二茂铁，轴手性依然能够很好的保持，且反应效率得到了较大的提高（<1 min）（图4b）。因此，猜想可能高对映选择性的轴手性的实现，是控制此不对称氢芳化的关键。随后，作者提出了可能的手性诱导模型，并通过DFT计算进行了解释。

图4. 机理研究。图片来源：Nat. Commun.

小结

张俊良团队及其合作者开发了一种高效的Au(I)/Sadphos催化的邻炔芳基二茂铁衍生物分子内不对称氢芳化反应，高对映选择性和非对映选择性的一步同时构建面手性和轴手性的萘并二茂铁衍生物。与此同时，轴手性联芳基化合物也能高效的、高对映选择性的在相同反应条件下合成。此外，DFT计算解释了手性诱导模型和高对映体选择性的原因。

该工作最近发表在Nature Communications 上，研究工作主要由华东师范大学光华博士后张培超完成。感谢国家自然科学基金委面上项目（22031004, 21921003）和上海市教育委员会(20212308)以及博士后面上基金（2019M661420）的经费支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Simultaneous construction of axial and planar chirality by gold/TY-Phos-catalyzed asymmetric hydroarylation

Pei-Chao Zhang, Yin-Lin Li, Jiafeng He, Hai-Hong Wu*, Zhiming Li* & Junliang Zhang*

Nat. Commun., 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-24678-5

导师介绍

张俊良，复旦大学有机化学教授，博士生导师，2014年获国家自然科学基金委杰出青年科学基金。独立工作以来，以多官能团化合物的化学反应为中心，致力于新型手性催化剂（Sadphos家族）的开发，催化剂新的活性研究，及其在新反应中的应用。相关成果在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际知名杂志上发表文章200余篇。

张俊良教授

www.x-mol.com/groups/junliangzhang/people/2419