Конформационная энантиодискриминация для асимметричного построения атропоизомеров

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4735 (2022) Цитировать эту статью

4987 Доступов

6 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Молекулярные конформации, вызванные вращением вокруг одинарных связей, играют решающую роль в химических превращениях. Выявление связи между конформациями хиральных катализаторов и энантиодискриминацией представляет собой сложную задачу из-за большой сложности выделения конформеров. Здесь мы сообщаем о хиральной каталитической системе, состоящей из ахиральной каталитически активной единицы и аксиально-хиральной единицы 1,1'-би-2-нафтола (БИНОЛ), которые соединены одинарной связью C-O. Два конформера катализатора, индуцированные вращением вокруг связи C–O, определены с помощью монокристаллической рентгеновской дифракции и обнаружено, что они соответственно приводят к образованию очень важного аксиально-хирального 1,1'-бинафтил-2,2. Производные '-диамина (БИНАМ) и 2-амино-2'-гидрокси-1,1'-бинафтил (НОБИН) с высокими выходами (до 98%), с превосходной энантиоселективностью (до 98:2 er) и противоположным абсолютным конфигурации. Результаты подчеркивают важность конформационной динамики хиральных катализаторов в асимметричном катализе.

Конформации — это пространственное расположение атомов, образованное вращением вокруг одинарной связи. В большинстве случаев чистые конформеры выделить невозможно, поскольку молекулы постоянно проходят через все возможные конформации (рис. 1а). Когда вращение вокруг одинарной связи ограничено, можно выделить особый класс конформеров, называемых атропоизомерами, как различные химические виды (рис. 1б). Конформации и вращения вокруг одинарных связей имеют решающее значение для молекулярных функций и химических превращений. Например, конформационная динамика играет ключевую роль в ферментативном катализе1,2. Однако в асимметричном катализе хорошо известно, что структурная жесткость неферментативных хиральных катализаторов, таких как комплексы 2,2'-бис(дифенилфосфино)-1,1'-бинафтил (BINAP)-металл3,4 и BINOL фосфорные кислоты5,6, показанные на рис. 1c, обычно необходимы для достижения высоких уровней асимметричной индукции7,8,9, и меньше внимания уделяется молекулярной гибкости и конформационной динамике хиральных катализаторов10,11,12,13, 14,15. Из-за большой сложности выделения конформеров очень сложно выявить связь между конформациями хиральных катализаторов и энантиодискриминацией.

вращение связи C–C в этане. б Ограниченное вращение вокруг одинарных связей С–С в атропоизомерах. в Вращение вокруг одинарной связи C–C заблокировано в комплексах BINAP-металл и фосфорных кислотах на основе BINOL. d Разработка хиральной каталитической системы конформационной энантиодискриминации, позволяющей асимметричное конструирование атропомеров с противоположными абсолютными конфигурациями. БИНОЛ, 1,1'-би-2-нафтол; БИНАМ, 1,1'-бинафтил-2,2'-диамин; НОБИН, 2-амино-2'-гидрокси-1,1'-бинафтил; БИНАП, 2,2'-бис(дифенилфосфино)-1,1'-бинафтил; Ph, фенил; CPA, хиральные фосфорные кислоты.

Аксиально-хиральные молекулы не только широко распространены в природе16, но также имеют большой успех во многих научных областях, таких как материаловедение и асимметричный синтез, особенно17,18,19,20,21,22,23,24. БИНОЛ, БИНАМ и НОБИН (рис. 1б) являются одними из наиболее известных и ценных аксиально-хиральных молекул17,18,19,20,21,22,23,24. Энантиочистые (R)- и (S)-БИНОЛ и некоторые из их производных в настоящее время коммерчески доступны, напротив, энантиочистые БИНАМы и НОБИНы с разнообразными схемами замещения все еще очень трудно получить, несмотря на то, что их синтезу были посвящены большие усилия. за последние три десятилетия22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43.

В этой работе мы создаем хиральную каталитическую систему (рис. 1г), которая состоит из ахиральной каталитически активной единицы (медного комплекса 1,10-фенантролиновой единицы) и аксиально-хиральной единицы БИНОЛ. Эти две единицы соединены одинарной связью C–O, вращение вокруг которой индуцирует два различных конформера. Эта динамическая каталитическая система проявляет высокую активность и превосходную энантиоселективность в атропоселективном синтезе аксиально-хиральных производных BINAM и NOBIN, которые являются очень важными биарильными атропоизомерами. Кроме того, с помощью монокристаллической рентгеновской дифракции определяются два конформера катализатора и выявляется связь между предпочтительными конформерами и энантиодискриминацией, а также наблюдаемые абсолютные конфигурации двух классов продуктов.