氢原子转移与手性氢键协同催化共轭加成—不对称质子化构建氮杂芳烃α-三级立体中心

含亚胺氮杂芳烃(如吡啶、喹啉等)是一大类结构多样的芳香杂环,广泛存在于生物活性分子、天然产物、药物、催化剂、配体及功能材料等分子结构中.因此,发展氮杂芳烃衍生物合成方法学一直备受化学家的关注.其中,利用氮杂芳烃缺电子性质直接驱动氮杂芳烃底物参与化学转换一直是这一领域的研究重点.近年来,为了克服氮杂芳烃拉电子能力较羰基弱所造成的底物活性低,从而实现温和条件下的广泛化学转换,化学家利用自由基的高反应活性,发展了基于可见光驱动光氧化还原催化策略的系列高效反应类型.其中,通过建立光氧化还原与手性氢键协同催化平台发展了多类型不对称反应,完成了众多重要手性氮杂芳烃衍生物的合成.这些研究工作揭示了手性氢键催化对于氮杂芳烃底物立体控制能力,即尽管自由基反应活性高,且存在强烈消旋背景反应,这些反应却基本能够获得高对映选择性;印证了这一协同催化体系的良好兼容性.同时,提出了新的挑战,即光氧化还原催化需要在底物中引入具有氧化或还原性质的官能团,或需要加入过量的还原剂或氧化剂完成催化循环,从而造成了需制备特定底物而导致合成不够便利及底物类型受限、原子经济性不够理想等问题.氢原子转移是光催化的基本策略之一,能够实现多类型简单底物直接产生自由基.本文探索了氢原子转移与手性氢键协同催化平台在手性氮杂芳烃衍生物合成中的应用潜力.采用十聚钨酸四丁基铵盐(ⁿBu₄N]₄W₁₀O₃₂],TBADT)为氢原子转移催化剂,以手性磷酸为氢键催化剂,在紫外光照射下实现了多类型含C(sp³)-H市售烷烃(如环己烷、环辛烷、环庚烷、胡椒环、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基氨基甲酸叔丁酯等)及市售硅烷与多种α-取代-2-氮杂芳烃取代末端烯烃的自由基共轭加成—不对称质子化反应,以高产率(最高达到98%)及高对映选择性(最高达到93%ee)获得了一系列重要的含α-三级碳的氮杂芳烃手性衍生物.在此基础上,使用二甲基氨基甲酸叔丁酯与α-苯基-2-吡啶取代末端烯烃反应产物为原料,通过一步LiAlH₄还原高产率合成了纯手性抗组胺药物非尼拉敏(苯吡胺),证实该方法的实用性.综上,本文为手性氮杂芳烃衍生物的高效合成开发了一条新的催化合成途径.

Conjugate addition‐enantioselective protonation to forge tertiary stereocentresαto azaarenes via cooperative hydrogen atom transfer and chiral hydrogen‐bonding catalysis

Cooperative hydrogen atom transfer and chiral hydrogen‐bonding catalysis as a new platform for the asymmetric synthesis of azaarene derivatives is reported.By using a tetrabutylammonium decatungstate as the photocatalyst and a chiral phosphoric acid as the hydrogen‐bonding catalyst,transformations of a variety of commercially available hydrocarbons and silanes with diverseα‐branched 2‐vinylazaarenes could efficiently experience a tandem radical conjugate addition and enantioselective protonation process,providing a convenient and fully atom economical approach to access a range of valuable enantioenrichedα‐tertiary azaarenes in high yields with good to excellent enantioselectivities(up to 93%ee).Through the direct use of tert‐butyl methylcarbamate as the feedstock,this method enables a highly practical and concise synthesis of the enantiomerically pure medicinal molecule pheniramine(Avil).