化學(xué)工作者的浪漫，大概就是用自己的姓氏命名一類分子。
2021年5月10日，上海科技大學(xué)李智課題組在ACS Catalysis發(fā)表一篇文章1，標(biāo)題為‘Bis(μ-oxo)?Dititanium(IV)?Chiral Binaphthyldisulfonate Complexes for Highly Enantioselective Intramolecular Hydroalkoxylation of Nonactivated Alkenes’。該工作由李智研究員指導(dǎo)，博士研究生謝文斌獨(dú)立完成。
謝博士設(shè)計(jì)、合成、命名了一類新型手性二磺酸XieBINSAs，并將它們應(yīng)用在未活化烯烴的不對稱氫烷氧基化反應(yīng)中。相對于文獻(xiàn)報(bào)道中以手性羧酸鈦化合物在240 °C高溫下催化2-烯丙基苯酚的不對稱氫烷氧基化，作者發(fā)現(xiàn)將XieBINSA與異辛醇鈦和水反應(yīng)原位制備雙(m-氧代)-二鈦(IV)-手性多元磺酸鹽配合物，可以實(shí)現(xiàn)在溫和條件下催化烯丙基苯酚的高對映選擇性分子內(nèi)氫烷氧基化，進(jìn)而首次對該不對稱環(huán)化反應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)的機(jī)理研究。
XieBINSAs是一系列新型的含有磺酰胺基團(tuán)的手性聯(lián)萘二磺酸（圖1），以(R)-BINOL為起始原料可以在11步內(nèi)以高達(dá)37%的總收率制得。雖然手性聯(lián)萘二磺酸（BINSA）已被報(bào)道十幾年，但是由于制備工藝和方法不成熟，因此到目前為止BINSA家族的分子仍屈指可數(shù)，而且在此不對稱氫烷氧基化反應(yīng)中催化效果很不理想（90 °C, < 39% ee）；作者拓展了BINSA型配體（L3和L4）并且進(jìn)一步設(shè)計(jì)、合成了新型XieBINSAs型配體（L6至L13）應(yīng)用在此不對稱環(huán)化反應(yīng)中，發(fā)現(xiàn)以異辛醇鈦?zhàn)鳛榻饘伲磻?yīng)溫度為75 °C時(shí)可以得到97% ee的環(huán)化產(chǎn)物。
圖1 不對稱氫烷氧基化反應(yīng)中用到的(Xie)BINSA配體
然而作者卻觀察到了非常令人頭疼的現(xiàn)象：該反應(yīng)受天氣的影響非常大，天若下雨或者晴好，反應(yīng)速率和對映選擇性大不相同。因此，作者通過對反應(yīng)試劑進(jìn)行干燥處理，然后控制反應(yīng)中的水含量。經(jīng)過優(yōu)化，在75 °C 條件下反應(yīng)24 h就可以得到超過99%收率、97% ee的產(chǎn)物（圖2a）。
找到水與XieBINSA以及異辛醇鈦的最佳比例后，作者進(jìn)一步研究活性鈦催化劑的組成以及水在催化過程中的作用。通過研究產(chǎn)物和手性配體之間的非線關(guān)系（圖2b），再基于MALDI-TOF表征、動(dòng)力學(xué)研究和同位素效應(yīng)等研究，作者推測醇鈦、XieBINSA和水以2:2:4的比例形成了重要的活性鈦催化劑：雙(m-氧代)-二鈦(IV)-手性多元磺酸鹽化合物diaqua-[(-O)Ti(XieBINSA)]2。部分的水和磺酸胺基團(tuán)通過氫鍵來穩(wěn)定催化劑的鈦中心，而過量的異辛醇鈦則和底物形成混合醇鈦然后將底物轉(zhuǎn)運(yùn)到活性催化劑中心，是重要的中間體。
圖2.（a）水對反應(yīng)的影響（b）手性配體與產(chǎn)物對映體比例的非線性關(guān)系
基于表征分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，作者提出了可能的催化原理并推測該不對稱氫烷氧基化反應(yīng)經(jīng)歷了質(zhì)子化與環(huán)化同時(shí)發(fā)生的協(xié)同過渡態(tài)（圖3）。
最后，作者對反應(yīng)底物的普適性進(jìn)行考察。在溫和的條件下，很多底物都可以很容易地進(jìn)行環(huán)化，同時(shí)得到很高的反應(yīng)收率和對映選擇性（圖4）。作者認(rèn)為：XieBINSA具有的強(qiáng)酸性和優(yōu)良手性配體于一體的性質(zhì)，將為更多不對稱催化領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)提供新的解決方案。
總結(jié)：謝博士設(shè)計(jì)并合成了一類新型XieBINSAs分子，并用于未活化烯烴的不對稱氫烷氧基化——研究了水對催化效果的影響，探究了其催化機(jī)理和活性位點(diǎn)，并且驗(yàn)證了XieBINSAs作為手性配體時(shí)反應(yīng)底物的普適性。祝順利畢業(yè)！
Xie, W.-B.; Li, Z., Bis(μ-oxo)–Dititanium(IV)–Chiral Binaphthyldisulfonate Complexes for Highly Enantioselective Intramolecular Hydroalkoxylation of Nonactivated Alkenes. ACS Catalysis 2021, 11 (10), 6270-6275.
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