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北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略

北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
第一作者:Fan Chen, Qianwei Zhang,
通訊作者:余志祥,儲玲玲
通訊單位:北京大學,東華大學
論文速覽:
本研究聚焦于通過鎳催化的氫原子轉移和基團轉移策略,實現了對烯丙基氟化物的高選擇性羥官能化。氟原子的獨特效應使得高效構建高價值的烷基氟化物在現代藥物開發中引起了極大興趣。然而,從簡單起始物料高效組裝高度官能化的手性C(sp3)-F骨架的對映選擇性催化策略尚未得到充分利用。
本研究展示了一種鎳催化的自由基轉移策略,通過溫和條件下的不對稱氫化和羥烷基化反應,高效地從易得的起始物料中制備出結構復雜的二級和三級α-氟酰胺產品。
此外,通過詳細的機理研究和DFT計算,揭示了不對稱氫化反應的速率決定步驟是NiH-HAT向烯丙基氟化物的轉移,立體決定步驟是醇與Ni-烯醇酸鹽的配位,隨后進行無障礙質子化。研究還提供了不對稱羥烷基化反應的機理。
北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
圖文導讀:
北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
圖1:展示了通過催化羥官能化反應構建氟化立體中心的兩種方法:(a) 烯丙基氟化物的催化羥官能化;(b) 通過鎳催化的氫原子和基團轉移過程構建二級和三級氟化立體中心。
北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
圖2:展示了不對稱基團轉移反應的底物范圍,針對三級烷基溴化物的反應條件。
北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
圖3:展示了不對稱氫原子轉移反應的底物范圍,包括不對稱氫化和HAT/烷基偶聯反應的條件。
北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
圖4:展示了合成應用,包括使用復雜的烷基鹵化物進行后期功能化和產物衍生化的反應條件。
北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
圖5:展示了機理研究,包括氫化反應和烷基轉移反應的氘標記實驗,CF3-烯烴的反應,烷基轉移反應的自由基探針反應,動力學同位素效應實驗,內部烯烴的氫化反應,以及內部烯烴的烷基轉移反應。
北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
圖6:展示了不對稱氫化反應的Gibbs自由能剖面,以及TS1-M的結構和自旋密度等值面,以及iPrOH絡合過渡態TS4-PrOH和TS4′-iPrOH的相對自由能。
北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
圖7:提出了NiH-HAT反應的催化循環。
北京大學/東華大學JACS:鎳催化的不對稱自由基轉移策略
圖8:提出了烷基轉移反應的催化循環,包括PrOH絡合過渡態TS7-PrOH和TS7′-iPrOH的結構和相對自由能,以及HBr消除的不同途徑。
總結展望:
本研究的亮點在于成功開發了一種鎳催化的不對稱自由基轉移策略,用于高效、模塊化地構建結構復雜、對映體富集的二級和三級α-氟酰胺。
該方法不僅提供了一種從平面烯丙基氟化物高效、便捷地獲取氟化sp3立體中心的新途徑,而且與之前廣泛研究的鎳-氫化催化的不對稱羥烷基化反應相比,具有獨特的選擇性和擴展的烷基鹵化物庫。
此外,通過一系列機理研究和DFT計算,本研究為理解這些反應(及相關反應)并設計未來新反應提供了詳細的機理見解,特別是關于Ni(II)-H到烯丙基氟化物的HAT過程(速率決定步驟)、醇與Ni(立體決定步驟)的配位,以及幾乎無障礙的Ni(II)-烯醇酸鹽的質子化過程。這些發現對于藥物化學家來說具有重要的應用價值,為構建結構多樣、高價值的含氟基團提供了一種獨特且模塊化的方法。
文獻信息:
標題:Selective Hydrofunctionalization of Alkenyl Fluorides Enabled by Nickel-Catalyzed Hydrogen Atoms and Group Transfer: Reaction Development and Mechanistic Study
期刊:Journal of the American Chemical Society
DOI:10.1021/jacs.4c01506

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