理学院郭红超课题组在钯催化不对称环加成反应研究中取得新进展
发布日期：2023-05-29
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近日，中国农业大学理学院郭红超教授课题组在钯催化不对称环加成反应研究中取得新进展，在英国皇家化学学会期刊《Chemical Science》 (2023, 14, 3024–3029)上发表了题为“Fungicide-inspired precursors of π-allylpalladium intermediates for alladium-catalyzed decarboxylative cycloadditions”的研究论文，报道了一类新型烯丙基钯前体及其在钯催化环加成反应中的应用。该项工作为发展钯催化环加成反应提供了新的通用合成子，可用来合成氮杂环和酰胺衍生物，为新农药创制提供具有多样性结构的新化合物。 钯催化的脱羧环加成反应是一种选择性构建结构多样化的碳环和杂环化合物的重要工具。这些反应一般是通过π-烯丙基钯中间体前体脱羧生成的π-烯丙基钯中间体进行反应。由于π-烯丙基钯中间体在这些转化中至关重要，新前体的设计和使用对钯催化环加成的发展至关重要。在设计新前体的探索中，杀菌剂乙烯菌核利的分子结构给郭红超课题组提供了灵感。乙烯菌核利是一种由德国巴斯夫公司开发上市的二甲酰胺类杀菌剂，在欧洲和美国被广泛用于保护水果、蔬菜、啤酒花、观赏植物和草坪免受真菌的侵害。这种农药分子含有一个噁唑烷酮-2,4-二酮结构单元。受到这个结构的启发，郭红超课题组设计了乙烯基噁唑烷酮-2,4-二酮衍生物作为π-烯丙基钯中间体前体探索了新的环加成反应（图1）。 基于设计的结构，郭红超课题组合成了各种乙烯基取代的噁唑烷-2,4-二酮，这些前体在钯催化剂作用下产生的π-烯丙基钯中间体可作为三元或者五元合成子参与反应。通过大量反应条件的筛选，课题组首次实现了5-乙烯基噁唑烷-2,4-二酮与偶氮次甲基亚胺的不对称(5+3)环加成反应（图2），在最佳反应条件下（使用Pd2(dba)3·CHCl3和手性配体L*作为催化剂，二氯甲烷作为溶剂，反应温度25 °C）可高产率、高对映选择性得到具有合成挑战性的手性八元含氮杂环化合物。在近似的反应条件下，课题组还实现了钯催化的乙烯基噁唑烷-2,4-二酮与1,1-二氰烯烃的不对称(3+2)环加成反应，高产率、高对映选择性得到了五元含氮杂环化合物。 图2 ：钯催化的乙烯基噁唑烷-2,4-二酮的环加成反应 上述两种环加成反应都是通过分步完成的（图3）。在钯催化剂的存在下，乙烯基噁唑烷-2,4-二酮发生脱羧开环反应，生成两性离子中间体A，从Si面进攻C,N-环状偶氮次甲基亚胺生成中间体B。随后分子内环化形成(5+3)产物。由于空间位阻的存在，不利于(3+3)环加成反应。类似的，当使用双氰烯烃作为亲电试剂时，烯丙基钯两性离子作为三元合成子与烯烃进行分步(3+2)环加成反应得到五元含氮杂环化合物。 博士研究生李宽为该文第一作者，郭红超教授为本文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委的资助。
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