间隔二烯烃,尤其是1,4-二烯烃骨架,在药物化学与有机合成中占有重要地位。它们不仅是构建复杂分子结构的关键中间体,也是众多具有生物活性化合物的结构单元。然而,如何从简单易得的起始原料出发,实现该类结构的高立体选择性催化合成,仍是一项具有挑战性的课题。近年来,不对称烯丙基取代反应已发展成为构建该类化合物的有力工具。例如,通过烯基金属试剂(如烯基硼酸酯、烯基三氟硼酸钾和烯基铝化合物)与烯丙基亲电试剂发生不对称偶联反应,已实现一系列手性1,4-二烯的合成。然而,该类方法受限于烯基金属试剂(尤其是顺式异构体)的制备难题。此外,尽管1,3-二烯的氢烯基化反应以及炔烃的氢烯丙基化反应也被证实为构筑间隔二烯单元的高效途径,但这些反应在区域选择性、立体选择性以及对映选择性控制方面往往面临显著挑战。因此,亟需进一步丰富和完善现有方法,以实现对1,4-二烯烃的高区域选择性和立体选择性合成。
针对这一难题,近日,化学与材料科学学院王辉、付亮团队基于炔基硼酸盐的1,2-迁移反应,成功实现了铱催化的对映选择性烯丙基化反应,以烯丙基亲电试剂和炔基硼酸盐复合物为底物,成功合成了多种具有优异Z/E比和对映选择性的1,4-二烯烃(图1)。

图1. 铱催化不对称烯丙基取代反应合成手性1,4-二烯烃
在最优反应条件下,作者系统考察了不同取代的烯丙基醋酸酯与炔基硼酸盐底物。结果表明,该反应具有广泛的底物适用性和良好的官能团兼容性:无论是烷基、芳基还是杂环取代的炔基硼酸盐,还是结构多样的烯丙基乙酸酯,均能顺利参与反应,并兼容醚、硫醚、酯基、卤素、三氟甲基等多种官能团。反应在温和条件下实现了对区域选择性、Z/E选择性(>20:1)和对映选择性(高达>99% ee)的精确协同控制,高效构建了含有手性季碳或叔碳中心的1,4-二烯烃产物(图2)。

图2. 铱催化不对称烯丙基取代反应合成手性1,4-二烯烃代表性底物
随后,作者通过控制实验、氘代标记实验、非线性效应研究及DFT计算,系统阐明了该反应高化学选择性与立体选择性的起源,明确了LiCl添加剂的关键作用。同时,该反应可以顺利实现克级规模反应,所得产物可进一步高效转化为手性醇、硼酸酯、饱和烃等多种高附加值分子,展现了良好的应用潜力。
这一重要成果已发表在《Angewandte Chemie International Edition》上,题为“Iridium-Catalyzed Enantioselective Allylation of Alkynylboronates to Access Chiral 1,4-Dienes” (原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202523810)。该工作得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、安徽省高等学校科研计划项目和安徽师范大学启动基金支持,2024级博士研究生何凤雅、2024级博士研究生孙梓毅和2024级硕士研究生张旭为该论文共同第一作者,通讯作者为王辉教授和付亮教授。