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可見光催化作為一種綠色、可持續的新興策略，被廣泛用於有機合成領域。由於反應往往涉及高活性的自由基中間體，其對映選擇性控制仍然存在一定挑戰。近幾年，透過結合不對稱有機催化、金屬催化和酶催化等立體控制策略，可見光誘導的不對稱催化得到了快速的發展（圖1a）。但是，這些研究主要集中於中心手性化合物的合成，對於其它手性結構的構建目前尚處於起步階段。2018年，慕尼黑工業大學的Bach教授利用手性雙功能光催化劑，首次實現了可見光誘導的外消旋六元內醯胺聯烯去消旋化反應（圖1b，

Nature

2018

，

564

， 240-243）。之後，其它軸手性骨架的光催化不對稱合成鮮有報道。

華中師範大學

的

肖文精、陸良秋

團隊長期致力於可見光誘導的不對稱催化研究。前期研究中，該研究團隊結合可見光催化和鈷催化發展了不對稱自由基加成反應（

Angew。 Chem。 Int。 Ed

。

2019

，

58

， 13375-13379）和芳基滷代物的不對稱還原Grignard-type加成（

J。 Am。 Chem。 Soc

。

2022

，

144

， 8347-8354）。在本工作中，他們發展了

新型的光/鈷協同催化策略，實現了外消旋聯雜芳基化合物的動態動力學不對稱轉化

。該反應成功的關鍵在於氧化加成後形成的軸手性芳基鈷物種由於吡啶的配位作用，減小了旋轉能壘，發生消旋化，隨後立體選擇性地捕獲光催化產生的自由基（圖1c）。

圖1。 研究背景及反應設計

為驗證這一策略的可行性，作者選用外消旋的聯雜芳基三氟甲磺酸酯與苄基漢斯酯作為模型反應，對反應條件進行了系統的最佳化。實驗結果表明，由張俊良教授課題組所發展的手性多齒配體

L8

（

Angew。 Chem。 Int。 Ed

。

2015

，

54

， 14853-14857）對該過程的立體選擇性控制和反應效率起到至關重要的作用。在最優條件下，作者對底物範圍進行了考察。結果表明，對於不同電性的芳基、雜芳基取代的聯雜芳基三氟甲磺酸酯以及漢斯酯底物，該偶聯反應都能得到比較好的結果（圖2）。此外，對於不對稱還原偶聯催化體系，該反應對苄基滷代物也有很好的相容性，普遍以高對映選擇性得到一系列含異喹啉骨架的聯芳基軸手性產物。

圖2。 動態動力學轉化底物範圍

同時，作者還驗證了該方法學的實用性。首先，透過簡單的肼解反應，可以得到軸手性伯胺化合物

5

。隨後以

5

作為模板底物，以中等到優異的收率合成了一系列雙功能的硫脲催化劑

6

和多齒配體

7-9

（圖3a）。此外，作者發現這類軸手性產物普遍具有聚集誘導發光效應。透過進一步修飾得到的

Me-3k

具有優異的圓偏振發光性質，其發光不對稱因子|

g

lum|為3。02×10-2（圖3b；測試工作由中科院化學研究所

劉鳴華

研究員團隊幫助完成）。

圖3。 合成應用

為了闡明反應機理，作者開展了初步的機理研究（圖4）。首先，作者透過控制實驗發現，當標準反應條件下不加入

i

-Pr2NEt時，反應的產率有較大的下降而對映選擇性保持。而僅使用

N-Me-2a

作為底物且不加入

i

-Pr2NEt時，反應的收率和對映選擇性幾乎不受影響，這表明

i

-Pr2NEt在反應體系中僅作為輔酸劑，而沒有參與光催化迴圈（圖4a）。其次，在進行當量的鈷和配體的實驗中，作者透過高分辨質譜檢測到了相應的Co（I）

L8

和芳基Co（III）

L8

的分子離子峰，這也驗證了反應過程中可能有Co（I）和Co（III）中間體的存在（圖4b，4c）。此外，該團隊還和武漢大學

戚孝天

教授合作，透過理論計算對反應機理進行了一定的研究。

圖4。 機理研究

綜上所述，肖文精/陸良秋團隊發展了首例可見光誘導的不對稱鈷催化自由基偶聯反應，實現了外消旋聯雜芳基化合物的動態動力學不對稱轉化，以優異的對映選擇性製備了一系列軸手性聯雜芳基化合物，並研究了相關化合物的光學性質。這項研究不僅為光/鈷協同催化不對稱自由基偶聯反應提供了新的思路，而且還為合成軸手性聯雜芳基骨架和相關功能材料提供了新的方法。

這一研究成果近期發表在

Nature Catalysis

上，博士研究生

姜烜

和

熊威

為該論文的共同第一作者，

肖文精

教授和

陸良秋

教授為通訊作者，該項工作得到了國家自然科學基金和華中師範大學“桂子學者”計劃的資助。另外，文中所用的手性膦-亞磺醯胺配體由蘇州凱若利新材料科技有限公司無償提供，作者表示特別感謝。

Construction of axial chirality via asymmetric radical trapping by cobalt under visible light

Xuan Jiang， Wei Xiong， Shuang Deng， Fu-Dong Lu， Yue Jia， Qian Yang， Li-Yuan Xue， Xiaotian Qi， Jon A。 Tunge， Liang-Qiu Lu & Wen-Jing Xiao

Nat。， Catal

。，

2022

， DOI： 10。1038/s41929-022-00831-1

TAG: 芳基反應催化手性對稱