Ulrich Hennecke团队在比利时布鲁塞尔自由大学展开的这项研究,让不对称双卤化反应不再受限于那些提前带好官能团的烯烃,就连那些完全没有修饰的碳骨架也能搞定,直接引入两个卤素原子。因为传统的双卤化反应大多只能由烯丙基衍生物来完成,要想得到手性产物,底物必须预先做好准备。为了打破这个僵局,Henekecke课题组把注意力转向了没有任何修饰的烯烃。 为了实现这个目标,他们开发了一种新型的催化剂,是从金鸡纳生物碱衍生出来的酞嗪结构(Figure 1)。在Angew. Chem. Int. Ed.上发表的这篇论文(DOI: 10.1002/anie.201901777)中,这种催化剂被证明能够在温和的条件下推动反应顺利进行。研究人员先拿1,2-二氢萘3a当模板来试手。通过系统筛选催化剂、氯源和溶剂(Table 1),他们最后锁定了一个条件窗口:用10 mol%的1a或者2a做催化剂,加上1.2当量的DCDMH作亲电试剂,再用TES-ClCHCl₃和己烷1:1的混合溶剂,在-60 ℃下反应48小时。 在最优条件下(Scheme 1),不管是带有芳环还是杂环结构的底物,课题组都进行了测试。结果显示,芳香基取代的二氢萘、2-甲基-1,2-二氢萘、2-取代苯并环丙烯、苯并环庚烯、二氢喹啉以及2H-苯并吡喃等多种结构都能顺利转化成目标产物。不过由于无取代苯并环丙烯的电子效应太弱,立体选择性略有下降。 接下来他们又考察了链状的1-芳基-2-烷基烯烃(Scheme 2)。研究发现Z型构型在这里起到了关键作用。像(E)-5a这类烯烃反应后只能得到外消旋混合物;而换成Z构型的5a或者5b后,经过反式加成路径得到的顺式非对映异构体对映选择性明显提高。 为了搞清楚反应机理(Scheme 3),研究人员设计了一系列对照实验。用NBu₄Br代替TES-Cl后发现反应基本停滞不前;若把NBu₄Cl和NBu₄Br以85:15的比例混合起来使用虽然能让反应进行,但会伴随着外消旋副产物的产生。他们还用KHF₂与冠醚组合来做实验,结果显示降低温度能提高收率和对映选择性;即使温度升高依然能得到高产率的产物。这一切都暗示着整个过程涉及到了阳离子中间体。 通过密度泛函理论(DFT)计算证实,反应的关键中间体其实是苯基碳正离子型结构,而不是传统的氯鎓离子模型。这就解释了为什么这个体系能够保持如此高的立体选择性。 这项研究首次实现了无官能团烯烃的高效不对称双卤化反应,为合成含氯和溴的天然产物提供了一条简洁的手性入口。未来只要继续调整催化剂骨架和选用不同的亲电试剂,相信还能进一步扩大底物范围并提升反应效率。