text: 【有机】“铬”具特色之催化偕二卤代烷烃和端烯的不对称环丙烷化反应
  手性环丙烷不仅广泛地存在于天然产物、药物和生物活性化合物中（图1a），还是有机合成中的多功能结构砌块。因此，化学家付出了大量的努力来合成手性环丙烷，其中包括金属和酶催化的重氮化合物环丙烷化反应、Simmons-Smith反应、Kulinkovich反应以及环丙烷或环丙烯的去对称化反应。在这些策略中，过渡金属催化重氮化合物和烯烃的不对称卡宾转移反应被证明是最高效和最有价值的方法之一（图1b）。然而，高能的重氮化合物依赖于共振基团的稳定作用，并且它们的合成通常涉及危险试剂。将不含稳定基团（例如仅含有烷基）的重氮化合物应用于不对称卡宾转移反应中是一个艰巨的挑战（图1b）。偕二卤代烷烃相对稳定、易得，因此在卡宾转移反应中与不稳定的重氮烷烃具有很高的互补性。正如经典的Simmons-Smith反应所示，烯烃与二碘甲烷之间的环丙烷化通过可能的锌类卡宾（carbenoid）中间体实现。在此背景下，已经开发出一系列漂亮的方法来制备外消旋环丙烷，包括使用化学计量的金属试剂、过渡金属催化或光氧化还原催化等方法，证明了利用偕二卤代烷烃作为非共振稳定的（non-stabilized）重氮烷烃替代物的可行性（图1b）。然而，高反应活性的偕二碘代烷烃主要用作卡宾或类卡宾前体。这些报道极大地提高了各种官能团化的环丙烷的合成效率。然而，关于偕二氯（或溴）代烷烃与烯烃的模块化催化不对称环丙烷化仍然难以实现。该反应却可以极大地扩展高价值环丙烷的化学空间，因此迫切需要发展该方法。为了突破不对称卡宾转移反应中所提到的限制，近日，教授团队发展了一种（图1c）。该方法使用偕二溴代烷烃作为非共振稳定的重氮烷基卡宾前体替代物，实现了卡宾转移的反应性。经过探索，作者发现以手性铬/二胺为催化剂，通过自由基极性反转（radical-polar crossover）的策略实现了偕二卤代物和端烯的高立体选择性环丙烷化反应。在最优条件下，作者对偕二卤代烷烃和烯烃进行了底物普适性考察。结果表明，在发展的环丙烷化方法中，底物偕二卤代烷烃和2-取代丙烯酰胺能够兼容多种官能团，并取得比较好的反应结果（图2）。该反应在克级规模下也可以得到类似的结果，产物经水解脱除保护基后可以得到相应的手性环丙基-α-氨基酸衍生物，说明了该方法的实用性。作者在自由基捕获实验、非线性效应实验、紫外-可见光谱实验的基础上，提出了如下可能的反应机理（图3）：首先，底物被催化剂还原形成烷基铬络合物启动反应，随后，可能主要经历两个途径得到目标产物（path  & ）。在路径中，被还原生成偕二铬络合物；随后，与底物络合得到可能的铬卡宾中间体；接着，发生形式上的[2+2]环加成给出铬杂环丁烷中间体；最后，中间体发生还原消除得到产物并伴随着催化剂的重新生成。在路径中，和反应，经由协同过渡态立体选择性地给出产物并形成催化剂；随后，锰粉将还原成实现铬的催化循环。此外，α-氯代自由基直接加成到上得到新的自由基物种；接着，该物种与作用并协同关环也是貌似合理的过程。在该工作中，王兆彬教授团队发展了首例铬催化偕二卤代烷烃与端烯的非对映和对映选择性环丙烷化反应。作者发现手性铬/二胺催化剂、2-取代的丙烯酰胺底物是该方法成功的关键。该方法为构建光学纯环丙烷类化合物，提供了一种简便、高效的方法。其中，手性环丙基-α-氨基酸的合成对于生命科学和功能分子合成等领域都是有意义的。这一成果近期发表在上，西湖大学理学院研究员为该论文通讯作者，博士研究生是论文的第一作者。王兆彬，2011年本科毕业于南京大学，获得学士学位。2015年毕业于香港科技大学，获得博士学位，师从孙建伟教授。2016至2019年，在美国California Institute of Technology的Gregory C. Fu 教授课题组从事博士后研究。于2019年10月加入西湖大学理学院，开展独立研究工作。本课题主要围绕不对称催化开展相关研究，涉及过渡金属催化、自由基反应等，并进一步探索所发展的合成方法学在生物活性分子、有机功能分子合成中的应用。