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《Science》:新型路易斯酸催化剂解决两大合成难题
更新日期:2016-03-02  

  在有机合成中,尤其在与药物化学有关的有机合成中,有两个难题是化学家们经常遇到的。一个是反应原料的反应性问题,即怎样使底物更容易的发生反应;另一个是目标产物的对映选择性问题,即怎样提高单一对映体的收率,这对于保证药物的生物活性至关重要。针对第二个问题,很多化学家都在致力于不对称催化的研究。在通常情况下,这种不对称催化过程使用可回收或可再生的手性分子作为催化剂,使这些反应朝着有利于某一种对映体的方向进行。但在很多情况下,如果底物的反应性不强,要让这些反应实现高收率也让化学家很伤脑筋。 

  226日出版的《Science》杂志上,德国马克斯普朗克煤炭研究所有机大牛Benjamin List教授的研究团队报告了一种在原位生成催化剂的方法,可以高效地利用低反应性的原料,以很高的收率得到具有复杂结构和几乎完全纯的单一对映体产物。这种一箭双雕的方法,同时解决了两大合成难题(Asymmetric Lewis acid organocatalysis of the Diels-Alder reaction by a silylated C-H acid. Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aae0010)。该期刊同期还配发了题为Lewis acids turn unreactive substrates into pure enantiomers的评论文章(Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf2577)。 

  近年来,List提出的不对称反离子导向催化(asymmetric counteranion-directed catalysis, ACDC)的不对称有机催化策略逐渐被大家接受。在这篇文章中,该团队的化学家继续扩展这种方法,使其可以被用在更具挑战性的反应上。他们研究了一个Diels-Alder反应,即二烯和亲二烯体(dienophile)的[4π+2π]环加成反应。尽管已经有很多具有对映选择性的Diels-Alder反应,但是很多亲二烯体的反应性很差,比如肉桂酸酯这种α,β-不饱和酯,这极大影响了反应的应用。 

  该团队设计了一种新的原位生成的路易斯酸催化剂,通过对反应性差的肉桂酸酯进行硅烷化,形成一个更具反应性的亲二烯体阳离子。然后另一个对映纯的阴离子与这个亲二烯体阳离子配对,从而创造了一种有利于Diels-Alder反应发生的非对称环境。结果证明,反应性本来很差的肉桂酸酯类底物与环戊二烯反应,该团队取得了非常高的立体选择性(e.r.可达97:3d.r. > 20:1)和相当好的收率(可达97%),所使用的催化剂和硅烷化试剂用量却很少(分别为1 mol%10 mol%)。该方法可以被应用于多种肉桂酸酯,包括杂芳基肉桂酸酯,显示出其广泛的适用性。 

  研究人员相信,这种新的策略在不对称路易斯酸催化中有广阔的应用前景。 

        (来源:X-MOL化学平台