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Nat.Synth.:上海有機所何智濤課題組在銅催化的不對稱炔烯丙基取代方面取得研究進展

來源:中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所      2022-11-02
導(dǎo)讀:中科院天然產(chǎn)物有機合成化學(xué)重點實驗室何智濤課題組致力于不對稱催化合成和生命小分子修飾等領(lǐng)域。近期,該課題組在 Nature Synthesis 上在線發(fā)表了題為“Copper-catalysed convergent regio- and enantioselective alkynylallylic substitution”的研究論文 。該工作可以利用不同價態(tài)的銅催化劑,在溫和的條件下實現(xiàn)高立體選擇性的炔烯丙基取代過程,為制備同時含有雙鍵和三鍵的手性片段提供了一種新的思路。作者通過單晶衍射揭示了不同價態(tài)銅與手性配體具有不同的配位模式,并通過動力學(xué)實驗闡釋了該反應(yīng)的基本歷程。該反應(yīng)也代表了尚未有研究的銅催化的不對稱遠(yuǎn)程炔丙基取代反應(yīng)。

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圖1 不對稱炔烯丙基取代反應(yīng)

傳統(tǒng)的烯丙基取代和炔丙基取代反應(yīng)已經(jīng)獲得了深入的研究,往往被用于構(gòu)筑含有一個不飽和鍵的手性片段。何智濤課題組前期在該領(lǐng)域取得了一些研究成果 (J. Am. Chem. Soc. 2021143, 7285-7291.;Nat. Commun. 202112, 5626.)。該課題組進一步思考,將兩種反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)合起來的炔烯丙基取代反應(yīng),就可以獲得同時含有兩種不飽和鍵的手性片段,那么通過定向操控轉(zhuǎn)化這兩種不飽和鍵,就有望獲得更大的轉(zhuǎn)化空間和應(yīng)用潛力。但目前來說該領(lǐng)域關(guān)注較少。這可能是由于此類反應(yīng)需要同時面臨反應(yīng)中的立體、區(qū)域和對映選擇性控制的難題。為彌補這一研究領(lǐng)域的短缺,何智濤團隊發(fā)展了一種遠(yuǎn)程炔丙基取代的策略,即離去基團位于炔基遠(yuǎn)端,中間借助雙鍵的電子傳遞效應(yīng),實現(xiàn)銅催化下遠(yuǎn)端離去基團的脫除,并調(diào)控親核試劑的取代位點,從而獲得了一系列的手性 1,4-烯炔片段。

該反應(yīng)體系可以用于分子間或分子內(nèi)的不對稱轉(zhuǎn)化過程,且對氮親核試劑、氧親核試劑和碳親核試劑均有很好的兼容性。特別是,該反應(yīng)能在溫和的條件下兼容水和空氣,且能夠進行克級制備。這對于過渡金屬催化的不對稱轉(zhuǎn)化來說是極為少見的,也體現(xiàn)出該反應(yīng)體系潛在的應(yīng)用價值。該反應(yīng)體系還能夠用于解決一些傳統(tǒng)的炔丙基取代中的一些轉(zhuǎn)化難題,包括烯基取代的炔丙基取代反應(yīng)的選擇性難以控制的問題。最終該團隊可以實現(xiàn)“炔丙基取代+脫羧炔丙基取代+炔烯丙基取代+脫羧炔烯丙基取代”的歸一化轉(zhuǎn)化。

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圖2 反應(yīng)條件

隨后,作者對反應(yīng)機理進行了探索。通過Cu(I) 和Cu(II) 的絡(luò)合物單晶結(jié)構(gòu),作者發(fā)現(xiàn)二者采用了不同的配位模式,即前者是雙核雙配體,后者是單核雙配體。這也符合了所觀察到的非線性效應(yīng)關(guān)系。KIE實現(xiàn)揭示了炔基銅的形成是較容易進行的過程。進一步的動力學(xué)研究揭示了反應(yīng)對一價銅催化劑是二級反應(yīng),但對親核試劑和 1,3-底物均為零級反應(yīng)。由此推斷了如下所示的可能的機理過程。

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圖3 反應(yīng)機理推測

上述工作主要由研究生馬江山和陸漢瑀完成。該研究得到了林國強院士課題組的大力支持!感謝國家自然科學(xué)基金委、上海市科委、中科院、上海有機所以及天然產(chǎn)物有機合成化學(xué)重點實驗室的資助。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s44160-022-00176-4

參考資料:http://www.sioc.ac.cn/xwzx/kyjz/202211/t20221101_6543023.html

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