复旦大学蔡泉课题组JACS：钯催化不对称分子内C-H芳基化反应合成固有手性杯[4]芳烃

手性是自然界的基本属性。所谓固有手性 (inherently chiral) 杯芳烃，是指在杯芳烃三维骨架上引入数个非手性基团使之不再具有对称面或反转中心而呈现出的整体手性。由于其独特的空腔结构，固有手性杯芳烃在手性识别和不对称催化等方面具有重要的应用前景。另一方面，近几年，在重要功能材料的设计中除中心手性外，采用其他类型的手性如轴手性、面手性、螺旋手性等，已引起化学家们的广泛关注。在探索具有圆偏振发光（Circularly Polarized Luminescence, CPL）性质的小分子时，化学家们发现将轴手性、面手性或螺旋手性引入到π-共轭结构中能够大大增强其发光不对称因子（g_lum），可应用于有机光电器件的开发中。因此，开发新的合成方法以构建具有新颖手性元素的分子具有非常的研究价值。

近日，复旦大学化学系蔡泉（点击查看介绍）课题组利用一种新型手性双官能团羧酸-膦配体与钯协同催化，有效促进了关键的协同金属去质子化 (CMD) 过程，成功实现了分子内C-H芳基化反应，构建了含芴酮骨架的固有手性杯[4]芳烃。其中双芴酮骨架的固有手性杯[4]芳烃表现出优异的圆偏振发光性质。

首先，他们通过对反应条件的筛选发现（图1），手性双官能团羧酸-膦配体与市面上常见的膦配体相比具有独特的优势。为了阐明机理，在新戊酸铯和碳酸铯存在下进行了单官能团配体L13的对照实验，与不加新戊酸铯的配体L8（31%产率和85% ee）相比，对映选择性明显降低（23%产率和35% ee）。该结果反映出具有膦和羧酸两个官能团的配体在反应中具有协同效应。最后通过溶剂的改变以及增加碱的当量可使反应产率和对映选择性得到进一步提升。

图1. 条件筛选

在最优反应条件下，作者考察了该反应的底物适用范围，结果表明该催化体系可以很好的兼容各种官能团，并且具有较高的对映选择性。同时在光谱实验中发现，双芴酮结构表现出优异的圆偏振发光性质，具有较大的发光不对称因子（g_lum = 0.019）。因此，该骨架在手性有机发光材料领域具有潜在的应用价值。 

图2. 底物拓展及双芴酮骨架固有手性杯[4]芳烃的圆偏振发光性质

此外，作者通过对单芴酮底物中羰基进行还原、与丙二腈缩合或在锂试剂的作用下可以获得其他类型的固有手性杯芳烃。而双芴酮结构也可以在N-溴代丁二酰亚胺 (NBS) 的作用下对未环化的两个苯环进行溴代，进而发生Suzuki偶联、Stille偶联以及Heck 反应，对杯芳烃骨架进行进一步的修饰。

图3. 底物官能团转化

总结

该研究开发了一种构建固有手性杯芳烃的新策略，通过钯催化的分子内C-H芳基化反应对映选择性合成含芴酮骨架的固有手性杯[4]芳烃。且该产物可通过简单的官能团转化得到其它有趣的手性杯[4]芳烃结构。而底物本身中双芴酮骨架的化合物具有优异的CPL性质，这为手性有机功能材料的开发提供了新的可能。

相关研究结果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章第一作者是复旦大学博士研究生张羽真，该工作得到了国家自然科学基金和复旦大学启动基金的资助。

复旦大学蔡泉课题组2022年合影

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）：

Enantioselective Synthesis of Inherently Chiral Calix[4]arenes via Palladium-Catalyzed Asymmetric Intramolecular C–H Arylations

Yu-Zhen Zhang, Meng-Meng Xu, Xu-Ge Si, Jun-Li Hou, and Quan Cai*

J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 22858–22864, DOI: 10.1021/jacs.2c10606

导师介绍

蔡泉

https://www.x-mol.com/university/faculty/62673