林国强院士与冯陈国课题组实现烯酮和亚胺不对称烯基化
近日，中国科学院上海有机所林国强院士和上海中医药大学冯陈国课题组通过芳基至乙烯基的1,4-铑迁移实现了烯酮和亚胺的不对称烯基化，该成果发表在近期Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI:10.1002/anie.201813585）。
铑催化的有机硼试剂与缺电子双键的对映选择性加成是构建不对称C-C键的重要方法。与芳基硼酸盐相比，乙烯基硼酸盐的研究鲜有报道。合成双键含多取代基的乙烯基硼酸盐时，烯烃的立体选择性问题成为一大挑战。在铑催化中，通过铑迁移可以使有机硼酸盐产生新的反应性，实现常规方法难以达到的转化。近年来，Hayashi课题组报道了乙烯基硼酸中乙烯基至芳基的1,4-铑迁移实现了邻乙烯基取代的苯环与烯酮加成（Scheme 1a）；Lam课题组报道了烯丙基至烯丙基的1,4-铑迁移实现了环亚胺与烯丙基硼酸酯的烯丙基化（Scheme 1b）。乙烯基至芳基的1,4-铑迁移已在有机转化中得到应用，反过来芳基至乙烯基的1,4-铑迁移尚未报道。中国科学院上海有机所林国强院士和上海中医药大学冯陈国课题组通过芳基至乙烯基的1,4-铑迁移实现了烯酮和亚胺的不对称烯基化（Scheme 1c）。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
最近，作者报道了芳基至乙烯基的1,4-钯迁移用于乙烯基硼酸酯和1,3-二烯的立体选择性合成，其关键在于末端烯烃的应用以及小位阻乙烯基钯的快速交叉偶联对此迁移产生的推动力。作者认为类似的策略也适用于芳基至乙烯基1,4-铑迁移（Scheme 2）。当硼酸芳基酯1通过金属转移产生芳基铑化物2后，与缺电子双键直接加成可能会受到邻位乙烯基的影响。因此，可以先将2中邻位乙烯基C-H键进行氧化加成产生4，再经H-迁移完成1,4-铑迁移。虽然乙烯基铑3不稳定，但与缺电子双键的快速加成将促使反应沿迁移路径推进。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
首先，作者利用芳基硼酸6a与2-环己烯酮5a作为模型反应进行了研究，并筛选了铑催化剂（Table 1）。当用[RhCl(COD)]2作为催化剂时，以优异的产率得到1,4-铑迁移/加成产物7a；当用[RhCl(C2H4)2]2和二烯L1原位生成的手性铑催化剂时，反应具有良好的对映选择性，但由于空间位阻影响导致产率较低；当用二烯L2和L3时，反应性提高，并且L3参与的反应具有优异的对映选择性。此外，Rh/BINAP及其衍生物催化的芳基至乙烯基1,4-铑迁移反应，具有几乎定量的产率和完美的对映选择性。将催化剂负载量降低（3 mol％），导致反应产率下降。在该迁移/加成过程中，产物均为单一E-异构体。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
接下来，作者考察了该铑迁移/加成的底物适用范围（Scheme 3）。通过实验发现，所有测试的底物均可以进行1,4-铑迁移/加成反应。将苯环A中的对位甲基移至间位或邻位增加空间位阻后，对反应产率和对映选择性没有影响（7a与7c和7d对比）。在对位无论引入给电子基团还是吸电子基团，都具有优异的产率和对映选择性。当苯环A被萘基、噻吩基或吡啶基取代后，不影响反应结果；当苯环A被烷基取代后，对映选择性保持但产率较低。相比之下，苯环B上的取代基对反应活性具有显著影响，引入取代基特别是吸电子基团通常导致产率降低，但对映选择性保持。这可能是由于苯环B上的取代基改变了C-B/C-Rh键的电性，增加了铑迁移的难度，并加速芳基硼酸酯的水解。其他环烯酮也是很好的偶联配偶体，但更具柔性的线性烯酮反应性较低。通过单晶X-射线衍射确定7c的绝对构型为R（Figure 1），与Hayashi课题组提出的环己烯酮芳基化的立体化学一致。其他产物的构型通过假定类似的反应途径也被推定为R。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
此外，作者还研究了与活性较低的亚胺的加成（Scheme 4）。其中，[Rh(OH)(COD)]2是最佳预催化剂，DIFLUORPHOS对反应至关重要。在新优化的反应条件下，作者测试了几种芳基硼酸与环亚胺9的加成。大多数底物经过1,4-铑迁移/加成得到加成产物10，反应具有良好的产率和优异的对映选择性。然而，苯环B被甲基取代后，反应性显著降低；增加硼酸6用量（5 eq.）后，才能得到适当的产率。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
最后，作者通过DFT计算研究了1,4-铑迁移的机理（Scheme 5）。首先，构建了以COD为配体的模型系统。从铑催化剂和芳基硼酸6a通过金属转移产生的芳基铑Int0开始，分别通过途径A和B得到1,4-加成产物8a和1,4-铑迁移/1,4-加成产物7a。在途径A中，将2-环己烯酮直接插入C-Rh键的总能垒为23.1 kcal/mol。在途径B中，Int0的1,4-铑迁移包括C-H氧化加成和H-迁移过程得到的乙烯基铑Int5（总能垒21.1 kcal/mol）不如芳基铑Int0稳定（+3.3 kcal/mol vs 0 kcal/mol），主要是因为苯基具有很强稳定作用以及Int0中乙烯基配位产生的额外稳定作用。虽然逆向迁移（Int5→Int0）更具能量优势，但后续Int5与2-环己酮的加成能垒更低（+13.2 kcal/mol），导致Int5快速转化为烯基化产物。与乙烯基至芳基的1,4-铑迁移受热力学控制不同，芳基至乙烯基的1,4-铑迁移是动力学控制的。此外，该机理还阐明了类似的芳基至乙烯基1,4-钯迁移/交叉偶联过程。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
小结：林国强院士和冯陈国课题组通过高效的芳基至乙烯基的1,4-铑迁移立体选择性得到了乙烯基-铑中间体，从而实现了铑催化的烯酮和亚胺与芳基硼酸之间的不对称烯基化。证明二烯和双膦配体都可以催化这种铑迁移过程，并且产生优异的对映选择性。通过DFT计算可以看出，这种迁移是动力学控制过程。
