超分子可调性手性二膦配体：应用于Rh和Ir催化的对映选择性氢化外文翻译资料

 2023-01-02 18:34:46

超分子可调性手性二膦配体：应用于Rh和Ir催化的对映选择性氢化

Xi-Chang Zhang,ab Yi-Hu Hu,a Chuan-Fu Chen,a Qiang Fang,a Li-Yao Yang,a Ying-Bo Lu,a Lin-Jie Xie,a Jing Wu,*a Shijun Li*a and Wenjun Fangb

摘要：一个超分子可调性手性双膦配体，带有两个含吡啶基的冠醚，(-)或( )-Xyl-P16C6-Phos，制造并应用于Rh催化的不对称氢化alpha;-脱氢氨基酸酯和Ir催化的喹啉不对称加氢反应中，具有很高的产率以及出色的对映选择性（90-99% ee）。通过添加一定量的碱金属离子（Li ，Na 或K ）可以将对映选择性提高22％，因为碱金属离子可以选择性地识别并被手性Xyl-P16C6-Phos上的冠醚有效地络合。

1.介绍

设计并合成一个新的手性配体在过渡金属的不对称催化反应中有着举足轻重的作用。1众所周知，几何形状和电子性质的微小改变会显著地影响过渡金属催化剂的性能。例如，当手性阻转异构二膦2用作配体时，不改变主链结构时，可以通过连接各种P-取代基来调节催化性能。另一种方法是开发可调节二面角的二膦配体，2d,e,3例如，o-Ph-hexaMeOBIPHEP，4 Cn-TunaPhos5和PQ-Phos，6用于不同的底物或反应。尽管在某些不对称催化反应中获得了很好的结果，但是这些配体需要各自单独合成，因此仅通过改变催化反应条件就无法真正调节它们。

在过去的十年中，超分子手性催化越来越引起人们的关注，催化剂库和模拟酶的形成在相关反应中表现出了出乎意料的活性和立体选择性。7一些超分子单体和超分子组装体被设计出来，例如通过分子间氢键形成的自组装双齿配体，8离子对催化剂，9氢键网络的Co(Ⅱ)，10基于Zn（II）卟啉的双齿配体，11硝基苯锌12或通过金属-配体相互作用形成的Zn(box)2，基于冠醚附加磷酸盐或亚磷酰胺骨架的超分子配体14、15和以低聚乙二醇为骨架的亚磷酸酯配体16 以及具有配位聚合物骨架的自支撑手性催化剂。17

从概念上讲，采用超分子催化方法赋予给定的阻转异构二膦结构可调构象，空间体积以及电子性质是非常吸引人的，因为它可以避免上述与传统的共价键合成有关的繁琐程序来获得纯对映体配体。据我们所知，说明该概念的可调节配体或催化剂的例子仍然很少。因此，我们将研究描述为在具有公认识别位点的冠醚中引入成熟的手性二吡啶基膦配体Xyl-P-Phos2c,18,19从而形成一个新的配体，(-)或( )-Xyl-P16C16-Phos((-)或( )-7，方案1)。利用7上的冠醚和不同碱性阳离子之间的选择性识别和强配位作用，20构建超分子调节的催化剂(方案2)，并应用在Rh催化的alpha;-脱氢氨基酸衍生物的不对称加氢反应以及Ir催化的喹啉不对称氢化反应。

2.结果和讨论

一个新的配体Xyl-P16C6-Phos(7)按照方案1被合成。18四甘醇和2,6-二氯吡啶(1)环化反应得到2,6-吡啶-16-冠-6(2)，再通过溴化得到3。区域选择性锂化3，然后用二（3,5-二甲基苯基）膦氯化物取代，以73％的产率生成4。4通过氧化反应得到5，通过铜介导的Ullman偶联反应进一步转化为外消旋二氧化膦6。通过(D)或(L)-O,Orsquo;-二苯甲酰基酒石酸（DBTA）实现外消旋(plusmn;)-6的拆分。然后纯的对映体(-)或( )-6分别还原成为目标产物阻转异构体配体7。

拥有了新的冠醚连接的手性二膦配体7后，通过1H和31P NMR光谱可以系统地观察(-)-7和碱金属的络合以及和[Rh(COD)2]BH4（方案2）的配位。对比(-)-7(图,1a)的1H NMR谱图，[(-)-7 [Rh(COD)2]BH4](图1,2b)和[(-)-7 [Rh(COD)2] BH4 MBArF(M=Li,Na或K,BArF-=(3,5- (CF3)2C6H3)4B-)](图,1c-e)在化学峰的位置或者是形状上有所不同。在和[Rh(COD)2]BF4配位之后，吡啶基上的H3质子信号急剧下降(图1b比较1a)，随着和碱离子的进一步结合，H3的化学位移发生了轻微的变化(图1c-e对比1b)，因为冠醚和碱离子之间的络合，氧乙烯上的质子(Hc)按照预期发生了变化。氧乙烯质子的峰由于碱离子的不同尺寸和电子性质而显示出边缘差异。31P谱也展现出了(-)-7和[Rh(COD)2]BF4 (ESI, Fig. S1dagger;)配合后的显著性转变。游离配体的孤峰由于Rh-P之间的偶联而分裂成双峰。(图S1b-e对比S1adagger;)。[(-)-7 NaBArF]的1H光谱中化学峰和峰形的明显变化也直接证明了(-)-7和碱离子之间的络合。此外，随着NaBArF与配体的摩尔比从1：1增加到10：1时，氧乙烯质子的1H NMR和31P NMR光谱上的峰没有发生明显的变化。(图S2e–g对比S2d, S3e和S3f对比S3ddagger;)。此外，通过绘制质子图可以得出(-)-7和LiBArF与(-)-6与NaBArF或KBArF的配合物的化学计量为1：2。(图，S4–S6dagger;)。低分辨率电喷雾质谱进一步证明了此配比。(图，S7–S9dagger;)。

在自组装的手性配合物7被成功制备后，这些配合物被用作alpha;-脱氢氨基酸衍生物不对称氢化的催化剂，用来评估碱离子和冠醚之间的主客体效应。[Rh((-)-7)(COD)]BF4配合物对于以底物为甲基-(Z)-2-乙酰氨基肉桂酸酯(8a)的对应选择性氢化反应是有效的催化剂。此反应在环境温度，初始氢气压为1atm，CH2Cl2条件下反应6小时可以完全转化为ee值为82%的手性产物。(表1,条目1)。

有趣的是，添加一定量的碱金属盐MBArF(M=Li,Na,K)作为7的冠醚的客体，对催化剂的对映选择性具有明显的影响，但是反应活性并没有降低。(表1,条目3-10对比条目1)。对于对映选择性而言，Na 和K 是阳离子添加剂的首选。(条目4,5,8,9对比条目6,7)。碱盐和(-)-7的比例的升高有助于提高产物的对映选择性。(条目4,5对比条目3,9对比条目8)。最后，将NaBArF负载增加到10mol%时，获得了93% ee(条目10)。接下来，当使用10 mol％的Na 作为客体时，测试了各种抗衡离子，结果表明空间更大且配位更弱的阴离子BArF-具有比BF4-和PF6-更高的活性和不对称诱导性。(条目12,13对比条目10)，这可能是阴离子影响了冠醚和Na 之间络合。

众所周知，抗衡离子可能会影响过渡金属介导的不对称反应的结果。19b,21为了研究阴离子对本催化体系的贡献，(nBu)4NBArF被用作控制添加剂(表1,条目14),其中在空间上要求更高的(nBu)4N 阳离子不能与含吡啶基的冠醚络合。当用(nBu)4N 阳离子代替Na 时，仅观察到ee值的轻微增加(条目14对比条目1)，这表明(-)-7与碱离子之间的主客体相互作用在立体选择性的增加上起着关键作用。此外，另外一项研究表明(S)-Xyl-P-Phos作为手性配体的情况下，阳离子添加剂或阴离子添加剂均对反应结果没有显着影响(条目15对比条目2)。

而且，目前的自组装催化剂体系强烈依赖溶剂(表2)，非极性正己烷比其他溶剂(如CH2Cl2，MeOH和THF)在反应产率和对映选择性上更有效。当反应在正己烷中进行时，可以达到97% ee和完全转化率。(表2,条目8)，这可能是因为在非极性溶剂中Na 和(-)-7之间的缔合作用更强。在没有碱添加剂的情况下，在正己烷中以相同的反应方式反应，得到(R)-9a的转化率为82％，而ee仅为77％(表2,条目9对比条目8)，这进一步证明了Na 阳离子和冠醚之间的主体-客体相互作用对不对称反应的影响。

在确定了反应的最佳条件之后，我们开始研究自组装催化剂的一般适用性。如计划3所展示的，在室温，1 atm H2，正己烷中，使各种各样的alpha;-脱氢氨基酸酯8b-t发生加氢反应，可以得到所需产物8b-t，具有良好的催化活性和对映选择性(95-99% ee)。这些结果表明，与类似的催化体系相比，本超分子催化剂体系具有相当的竞争力。16a,c,19a对于几种选定的底物，当未添加NaBArF时，在催化剂有无碱盐之间进一步比较，结果仅获得了不良或中等的转化率和对映选择性。(计划3,9b,9d,9g和9m)。例如，在没有Na 作为添加剂的情况下，仅以33％的转化率和76％的ee将8d氢化为(R)-9d，而在其他条件相同的情况下，添加10mol％的NaBArF时，可以实现完全转化并且增加高达22％的ee。(计划3)。

旋光性四氢喹啉衍生物是某些天然产物和生物活性化合物的重要合成中间体和结构单元。22杂芳族化合物的对映选择性氢化是一个巨大的挑战，因为通常需要苛刻的反应条件才能克服底物的芳香性。尽管自1987年以来就一直在探索芳香族化合物的不对称加氢反应23，但仍然只有一些简单的催化体系具有高活性和对映选择性。24因此，我们对将自组装催化剂设计扩展到Ir-取代喹啉催化的不对称氢化中有很大的兴趣(表3和4)。

如表3条目3中的数据所示，当将模型底物2-甲基喹啉(10a)用由[Ir(COD)2] BF4,(-)-7和NaBArF(1:1:10摩尔比，图S10和S11dagger;) 自组装形成的Ir催化剂，在10mol%I2，环境温度，50atm的H2条件下，在乙酸乙酯中加氢反应24h，得到96%的收率和97%的ee值，这比其他溶剂(如正己烷和两氯甲烷)要好(条目3对比条目1和2)。相反，如果不添加NaBArF,则获得87%的ee值(条目4对比条目3)。进一步研究(表4)表明，目前的自组装体Ir催化剂体系以足量的产率(96-98%)形成了高光学纯度(90-97% ee)的手性四氢喹啉11b-e。

3.结论

总之，我们合成了带有两个含吡啶基冠醚，(-)或( )-Xyl-P16C6-Phos的超分子可调性手性双膦配体，并将其成功用于Rh催化的alpha;-脱氢氨基酸酯的不对称加氢以及和Ir催化喹啉的不对称氢化反应中，在一定量的碱金属离子存在下，表现出足量的产率和出色的对映选择性(90-99% ee)。

通过微调手性配体的冠醚与碱离子添加剂之间的主客体相互作用，与不存在冠醚/碱的情况下在催化剂体系中获得的对映选择性相比，对映选择性提高22％。我们实验室正致力于阐明反应机理并将这些超分子催化剂扩展至其他不对称反应中。

4.致谢

感谢中国国家自然科学基金(21172049、91127010、21032003和21572042)，中国大学创新研究团队计划(IRT 1231)，中国浙江省自然科学基金(LZ13B030001和LZ16B020002)，公众福利技术与应用计划(2015C31141)和浙江省重点创新团队专项资金(2010R50017)。

外文文献出处：

Xi-Chang Zhang,A supramolecularly tunable chiral diphosphine ligand:application to Rh and Ir-catalyzed e

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