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铁催化不对称氨羟化:南开大学突破手性beta-氨基醇合成

铁催化不对称氨羟化:南开大学突破手性beta-氨基醇合成

南开大学王飞研究员联合天津大学党延峰教授在JACS发表研究,开发新型N-芳基BIP配体促进的铁催化不对称分子间NH2-氨基酯化反应,以O-酰基羟铵盐同时作为氮源和氧源,实现苯乙烯类及1,1-二取代烯烃的高对映选择性氨羟化,ee值最高96%。

手性beta-氨基醇是药物合成中的重要结构单元。经典的Sharpless氨羟化依赖锇催化剂,且产物需要双重保护基脱除,步骤冗长。

铁催化不对称氨羟化反应设计传统Sharpless方法催化剂:OsO4(剧毒/昂贵)氮源/氧源:分别加入产物需双重保护基脱除步骤冗长,原子经济性差底物范围受限金属残留问题(药物合成)催化剂用量:5-10 mol%王飞团队新方法催化剂:Fe(III)(廉价/低毒)氮源+氧源:同一试剂直接获得未保护产物串联氨化+酯化,一步完成底物范围广(含1,1-二取代)配体:N-芳基BIP(新型设计)催化剂用量:最低1 mol%ee值最高96%

图1:传统Sharpless方法与铁催化新方法对比

王飞团队设计了全新的N-芳基BIP配体体系,通过调控苯并咪唑氮原子的电子性质显著提高催化活性。以O-酰基羟铵三氟甲磺酸盐同时作为氮源和氧源,实现了苯乙烯类及1,1-二取代烯烃的高对映选择性氨羟化,最终直接获得一系列未保护的手性beta-氨基醇,产率良好、ee最高可达96%。

机理研究表明反应经历铁(III)-氨基自由基物种对烯烃的亲电加成,随后快速形成C-O键,而非经典协同氨羟化过程。DFT计算揭示:配体芳基与底物芳环间的C-H/pi色散作用是高立体诱导的根源。

反应机理:铁(III)-氨基自由基路径Fe(III)-NH2氨基自由基物种活性催化物种亲电加成攻击烯烃形成C-N键LMET + C-O键分子内进攻决定对映选择性手性beta-氨基醇未保护,ee最高96%直接可用核心发现:非经典路径(非协同氨羟化),C-H/pi色散作用是对映选择性的根源,催化剂用量低至1 mol%

图2:铁催化不对称氨羟化反应机理

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