复旦大学蔡泉课题组：通过异苯并呋喃的Diels−Alder反应/脱水芳构化反应实现三重轴手性萘甲酸酯立体选择性合成

轴向手性源于空间位阻导致的单键自由旋转受阻。在过去的二十年里，单重轴手性联芳基化合物的催化不对称合成取得了较大进展。而具有多个手性轴的阻转异构体将极大地扩展其化学空间，呈现出更加复杂有趣的拓扑结构。因此，该类阻转异构体在天然产物、手性材料、和药物分子开发等研究领域备受关注。然而，由于空间位阻的增加和可能的立体异构体的数量呈指数性的增加，实现具有多个手性轴的阻转异构体的以立体选择性构建极具挑战性，从而极大地限制了这类分子在手性功能分子设计中的应用。

针对这一问题，复旦大学化学系蔡泉（点击查看介绍）课题组近期实现了Ni(II)催化的1,3-二芳基取代的异苯并呋喃与β-芳基取代的α,β-不饱和N-酰基吡唑的不对称Diels–Alder反应及脱水芳构化反应，从而实现了一系列三重轴手性多取代萘甲酸酯的高立体选择性合成 (图1)。基于这些结构新颖的骨架，他们还开发了一种具有高g_lum值(0.019)和Ø_FL值(0.29)的圆偏振发光染料分子。相关论文发表于Angew. Chem. Int. Ed.。

图1. 异苯并呋喃与α,β-不饱和N-酰基吡唑的催化不对称Diels−Alder反应/脱水芳构化反应

通过条件筛选，作者发现在Ni(II)与手性双噁唑啉L1的催化作下，α,β-不饱和N-酰基吡唑1a和1,3-二芳基异苯并呋喃2a的Diels–Alder反应能够以99%的产率、94%的ee值、和15:1的dr值得到产物3a。随后，将3a用NaOEt处理转化为相应的羧酸乙酯中间体，并通过三氟甲磺酸催化的脱水芳构化反应，能够以88%的产率，94%的ee和>20:1 dr得到三重轴手性产物4a。该反应具有非常好的底物普适性，能够兼容一系列不同取代类型的α,β-不饱和N-酰基吡唑和1,3-二芳基异苯并呋喃底物，反应均能够以优异的产率，对映选择性和非对映选择性得到一系列结构新颖的三重轴手性萘甲酸酯 (图2)。

图2. 底物普适性探究

作者还发现，将化合物12脱甲基化，然后与两当量的1-芘羧酸缩合所得到的化合物16具有优异的圆偏振(CPL)发光性质(|g_lum| = 0.019)，及较高的荧光量子产率(Ø_FL = 0.29) (图3)。值得指出的是，常规手性有机小分子不对称因子|g_lum|仅为10^-5至10^-3。因此，这些发现表明了这些三重轴手性萘环骨架分子在手性光学功能材料设计中具有潜在的应用潜力。

图3. 具有三重轴手性萘环骨架的圆偏振发光性质

这一研究成果近期以全文形式发表于Angew. Chem. Int. Ed.上，复旦大学化学系博士生杜远博为论文第一作者，复旦大学蔡泉教授为论文通讯作者。在此特别感谢香港中文大学（深圳）的赵征教授以及华东师范大学王威教授和王宇博士在圆偏振发光性质研究中给予的指导。

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Enantioselective Synthesis of Atropisomeric Tri-Axis Naphthalenes via Diels–Alder Reaction and Dehydrative Aromatization of Isobenzofurans

Yuan-Bo Du, Qi-Tao Lu, Yun-Shu Cui, Kai-Wen Wu, Yu Wang, Yu-Zhen Zhang, Zheng Zhao, Jun-Li Hou, Quan Cai

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202421060

导师介绍

蔡泉

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