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导读： 近日，瑞典斯德哥尔摩大学Pher G. Andersson课题组报道了一种铱催化三取代烯烃的对映汇聚式氢化反应，具有高收率和出色的对映选择性。其中，烯烃的取代模式对于反应至关重要，α-前手性烯烃可进行对映汇聚式氢化反应，而β-前手性烯烃则进行对映发散性氢化反应。值得注意的是，异构纯烯烃和异构混合物均生成相同的主要对映异构体。相关研究成果发表在Nat. Commun.上（DOI: 10.1038/s41467-022-28003-6）。
（图片来源：Nat. Commun.） 正文： 在过去的几十年中，不对称催化领域备受关注。在引入手性的方法中，氢气参与的过渡金属催化不对称氢化由于高反应性、高选择性、高原子经济性和操作简单已成为最实用的方法之一。在碳-碳双键的氢化反应中，通过开发针对特定取代模式的专用配体库，已为各种烯烃获得了近乎完美的化学和对映选择性。尽管烯烃的不对称氢化领域已取得一定的进展，但绝大多数为对映发散的催化体系（Fig. 1a），烯烃的对映汇聚式氢化反应却很少被研究（Fig. 1b）。在本研究中，Andersson课题组报道了一种双齿N,P-配位铱配合物催化多取代烯烃的对映汇聚式氢化反应。
（图片来源：Nat. Commun.） 实验设计。早期，Andersson课题组开发了一种选择性模型，以研究三取代烯烃和铱-N,P配合物氢化的立体化学。计算表明，非官能团化的烯烃与[IrH2(N,P)(Solvent)2]+配合物的配位发生在与手性双齿N,P-配体相同的赤道平面上，并且以反式方式进行转化（Fig. 3a）。由此生成的模型合理化了配体的空间位阻是高于还是低于N-Ir-P平面（Fig. 3b）。为了使空间相互作用最小化，底物通过其中一个对映体面进行配位。同时，通过低温NMR研究可确定一种类似于上述IrIII二氢化物烯烃配合物中间体的形成。有趣的是，该模型正确预测了大多数烯烃的立体化学结果，如β-二取代羰基化合物的正确绝对构型。然而，α-二取代不饱和羰基化合物的氢化生成与预测构型相反的对映异构体（Fig. 3c）。
（图片来源：Nat. Commun.） 上述模型未能预测α-二取代烯酮的正确立体化学结果，表明此类底物可能通过不同的机理进行氢化。前期研究表明，β-前手性不饱和羰基化合物的氢化遵循选择性模型（Fig. 4a）。然而，当使用α-二取代烯酮1a的两种异构体进行氢化反应时，均生成相同的(R)-对映异构体，且均具有高对映选择性（Fig. 4b）。
（图片来源：Nat. Commun.） 以Cat. A为催化剂，进行底物范围的扩展（Fig. 5）。首先，烯烃上具有不同几何构型的烯酮底物1a，均以优异的对映选择性（>99% ee）获得手性酮2a。(硫代)酯和仲酰胺衍生物（1b-1d）同样具有良好的耐受性和出色的对映选择性。其次，除羰基官能团外，含有苯砜的底物1e也可顺利反应。(Z)-1f氢化速率比(E)-1f较慢，但具有出色的对映选择性。乙烯基硝基化合物1h和α-甲基肉桂酸1g的反应性和对映选择性较低，但仍具有对映汇聚式的特点。此外，γ-二酯3a和3b也是合适的底物，获得高对映选择性的产物4a和4b，即使(E/Z)的混合物进行反应也是如此。γ-酮酯3c的异构体具有不同的反应速率，但仍具有出色的对映选择性。
（图片来源：Nat. Commun.） 以Cat. B为催化剂，进行底物范围的扩展（Fig. 6）。首先，当烯酮底物中的R1取代基为具有不同电子性质取代基的芳基时，均可顺利进行反应，获得相应的产物2aa-2ah，收率为97-99%，ee值为95->99%。其次，烯酮底物中的R2取代基为乙基和正丁基时，可获得>99% ee的手性酮2ai和2aj。而烯酮底物中的R2取代基为苯基时，产物2ak的对映选择性略有下降。同时，环状烯酮衍生物（1al和1am）也为合适的底物。此外，烯酮底物的R3取代基为乙基、异丙基、异丁基和苯基时，均可顺利反应，获得相应的产物2an-2aq，收率为95-99%，ee值为98->99%。当烯酮底物中的R1取代基为萘基和杂芳基时，均以优异的对映选择性和收率获得产物2ar-2ax。
（图片来源：Nat. Commun.） 克级实验、串联烯化/氢化和机理实验。首先，1a的克级规模实验能够获得98%收率的氢化产物2a，ee值为99%（Fig. 7a）。其次，对于无法通过普通柱色谱法分离的混合物1f（E/Z = 32:68），可在标准条件下进行氢化，获得88%收率和97% ee值的产物(S)-2f（Fig. 7b）。此外，(E)-1aa和(Z)-1aa在D2气氛下进行氘标记实验时，可生成两种不同的非对映异构体产物，从而表明对映汇聚式氢化不是异构化的结果（Fig. 7c）。
（图片来源：Nat. Commun.） 总结：瑞典斯德哥尔摩大学Pher G. Andersson课题组报道了一种通用且高效的策略，使用二齿N,P-配位铱配合物可实现三取代烯烃的对映汇聚式氢化反应。该反应具有条件简单、底物范围广泛、收率高、对映选择性出色等特点。此外，异构纯烯烃和异构混合物均生成相同的主要对映异构体。 论文信息： Iridium-catalyzed enantioconvergent hydrogenation of trisubstituted olefins Bram B. C. Peters, Jia Zheng, Norman Birke, Thishana Singh & Pher G. Andersson Nat. Commun. DOI: 10.1038/s41467-022-28003-6 |
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