卡宾催化不对称C-N键构筑及功能分子合成

chem化学亮点2016-12-014.3W+

碳氮（C-N）键广泛存在于天然产物、医药、农药及聚合物材料当中，如何高效快速地构建不对称C-N键在有机化学中具有重要的意义。例如，β-氨基酸及其衍生物是生物体内一种重要的营养物质，同时也是合成化学中一种重要的手性砌块；其中最直接合成这类化合物的方法之一莫过于在醛，酯或其衍生物的β位直接不对称地构筑C-N键。

近日，贵州大学和新加坡南洋理工大学的研究人员合作，实现了氮杂环卡宾有机催化策略下的C-N键不对称键构筑及相关功能分子的合成。使用一种典型易得的有机催化剂—氮杂环卡宾（NHC），在氧化条件下通过与不饱和醛反应形成具有亲电性β-碳原子的不饱和acyl azolium中间体(II)（Figure 1c）。这类LUMO活化的活性中间体(II)在卡宾化学中已经有了比较深入的研究，然而主要是用在与活泼的碳亲核试剂的C-C成键反应中（Figure 1b）。含杂原子，如氧、氮、硫的化合物是另一类常用的亲核试剂，然而其用于捕捉这类缺电性的不饱和acyl azolium (II)中间体却鲜有成功。这里面部分的挑战在于这类LUMO活化的卡宾中间体亲核性相对较弱，以及可能存在的酰氨，氧或硫副反应的发生。

卡宾催化不对称C-N键构筑及功能分子合成第1张

在这一研究工作中，作者通过调控氮的亲核反应活性，发现磺酰基（Ts）保护的肼，在卡宾催化氧化条件下，可以与不饱和醛高效地发生形式上[3+2]反应，高产率高对映选择性地形成新的C-N键并得到吡唑啉酮化合物。这一合成方法有较好的底物普适性，对于各种芳环、杂芳环以及烷基衍生的不饱和醛都可以得到较好的结果（er最高可到99:1）（Figure 2a）。手性吡咯唑酮是一种重要的杂环化合物，作者接下来进行了一系列的产物转化。在一些常规条件下，可以方便地转化成pyrazolidin-3-ol, pyrazolidine五元氮杂环化合物，Ts保护基在Mg/MeOH条件下可以除去，并可高效地得到β-氨基酸衍生物（Figure 2b）。

卡宾催化不对称C-N键构筑及功能分子合成第2张

部分工作发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 12280；池永贵教授和杨松教授为本文共同通讯作者，博士研究生伍星星和刘斌同学为共同第一作者。后续工作重点之一，是依托贵州大学绿色农药与农业生物工程国家重点实验室培育基地和教育部重点实验室，进一步探索有机催化及不对称合成在精细化工、氮杂环化类绿色手性新农药创制等方面的应用。