程津培、薛小松团队：芳基碘催化烯烃不对称偕二氟化反应

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由于二氟甲基官能团可作为羟基和硫醇的生物电子等排体，亲脂性氢键供体，因此对于生物活性分子合成来讲，手性引入二氟甲基具有重要意义。2016年，哈佛大学Eric N. Jacobsen团队巧妙的利用手性芳基碘催化策略，在温和条件下，一步简便实现含有二氟甲基季碳手性中心的高效、高选择性构筑（Scheme 1）《Banik et al. Science2016, 353, 51》。值得指出的是，高价碘催化不对称转化，一直以来是高价碘化学中最具挑战的研究课题之一。过去多年，对应选择性一直很难实现突破。制约该方向发展的一个关键问题是相关反应机理的模糊以及对于手性控制机制的理解缺失。

Figure 1. a) Optimized enantiomeric TS geometries; b) Space-filling model of Re-face versus Si-face coordination of styrenes to the I(III)+ center of catalyst.

程津培、薛小松研究团队于2016年通过DFT计算，对路易斯酸活化环状高价碘试剂介导的苯乙烯端位偕二氟化反应进行了机理研究，发现了该试剂的一种新的路易斯酸活化模型《Org. Lett.2016,18, 6128》。在前期研究基础之上，该课题组与美国UCLA 的K.N.Houk教授、哈佛大学Jacobsen团队合作，对Jacobsen的手性芳基碘催化苯乙烯衍生物的不对称偕二氟化反应的机理和手性控制机制进行了深入的理论研究。该研究工作详细考察了该反应的反应机理，包括催化剂的各种可能活化机制、二氟甲基官能团如何形成等。最为重要的是，提出了一个适用于理解和预测C2对称的高价碘催化烯烃双官能团化反应的手性控制模型（Figure 1）。该模型中，催化剂的手性口袋通过π•••π, C–H•••O、C–H•••π作用实现对底物（苯乙烯衍生物）的包裹和潜手性面的识别。在有利过渡态中，底物的Si-面通过烯烃的π电子云与催化剂的亲电活性中心I+络合，此时底物与催化剂的手性口袋较好吻合，底物的烯烃双键与催化剂的C-I键采用Spiro构象。相反，在不利过渡态中，底物的Re-面与催化剂的I+络合，此时底物的苯基与催化剂的手性臂之间将存在明显排斥。为避免排斥，只能通过旋转，采用具有扭转应力Periplanar构象。该模型可很好解释和预测实验中观察到的催化剂和底物的取代基效应。该模型的提出，是理解C2对称手性芳基碘催化的对映选择性烯烃双官能化反应的一个重要的重要起点。

相关结果发表在J. Am. Chem. Soc.2018, DOI: 10.1021/jacs.8b05935. 该课题组二年级博士生周碧莹为该论文第一作者。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b05935。
该研究得到了基金委和南开大学的资助。