我国学者在烷烃碳氢键不对称官能化领域取得重要进展
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发布时间：2016-09-12
日前，中国科学院上海有机化学研究所刘国生课题组与美国威斯康辛大学麦迪逊分校的Stahl教授合作，在基于自由基策略的碳氢键不对称官能化研究方面取得重要进展，高选择性地合成了光学活性腈类化合物。该研究发展的新策略充分结合了自由基化学的高活性和金属催化的高选择性，成功地解决了无辅助配位条件下烷烃碳氢键的不对称氰化反应，不仅为不对称自由基反应的研究提供了新的反应模式，而且为后期进一步研究烷烃的不对称官能化反应提供了新思路。相关研究成果以Enantioselective cyanation of benzylic C–H bonds via copper-catalyzed radical relay（铜催化/自由基接力的苄位C-H键对映选择性氰化反应）为题于2016年9月2日在Science发表。该研究工作得到了国家杰出青年科学基金（项目编号：21225210）和国家自然科学基金重点项目（项目编号：21532009）等项目的支持。
碳氢键活化是有机化学的重大挑战领域之一。通过烷烃/芳烃的碳氢键直接官能化是合成有机化合物最为直接高效的新方法，但是在反应活性和选择性等方面存在诸多问题，碳氢键的不对称催化尤为困难。目前该领域的研究主要是利用过渡金属活化碳氢键的策略，并通过定位基团的辅助实现碳氢键不对称官能化。但该策略对于普通（无定位基团）芳/烷烃而言，碳氢键活化及其不对称催化一直没有得到有效解决。相对而言，受酶化学的启发而发展的自由基策略是普通烷烃碳氢键官能化的一种非常有效的途径；但反应所涉及的碳自由基中间体具有很高的活性，导致反应的选择性控制非常困难，基于该策略来发展碳氢键不对称官能化鲜见报道。
刘国生课题组近年来致力于自由基化学的选择性控制方面的研究，他们提出将反应中的碳自由基中间体转化为金属有机物种来实现选择性控制的策略，籍此来解决烷烃的C-H键不对称直接官能化的难点问题。他们首先利用该策略对烯烃的选择性双官能化反应展开了系统的研究，成功地实现了菲啰啉/钯络合物对碳自由基氟化反应的选择性调控，发展了高立体选择性的烯烃氟砜化反应（J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 2468）。在进一步探索不对称自由基反应的过程中，研究人员发现手性噁唑啉/铜氰络合物可以很好与碳自由基进行立体专一性的结合，形成高活性的有机金属铜中间体，通过金属中心高立体选择性的还原消除，实现了碳自由基的不对称控制，发展了烯烃的不对称氰化反应。
在以上工作的基础上，他们对更具挑战性的烷烃碳氢键的不对称官能化展开了研究，发展了金属催化/自由基接力的新策略。研究人员通过原位形成的高活性的自由基来攫取苄位的氢，在温和条件下生成的苄位自由基与手性噁唑啉/铜氰络合物反应，成功地实现了苄位碳氢键的不对称氰化反应，无需邻位定位基团的参与就可以实现从苄位碳氢键到手性芳基乙腈的直接高效转化。该反应具有广谱的官能团兼容性和出色的化学、区域和立体选择性，以最短的路线、高效地制备了各种光学纯腈类化合物。腈类化合物是一类非常重要的有机中间体，可以转化为相应的胺类、以及羧酸等化合物，被广泛地应用于医药、农药和材料等领域。
