成果简介
化学工作者的浪漫，大概就是用自己的姓氏命名一类分子。
2021年5月10日，上海科技大学李智课题组在ACS Catalysis发表一篇文章1，标题为‘Bis(μ-oxo)−Dititanium(IV)−Chiral Binaphthyldisulfonate Complexes for Highly Enantioselective Intramolecular Hydroalkoxylation of Nonactivated Alkenes’。该工作由李智研究员指导，博士研究生谢文斌独立完成。
谢博士设计、合成、命名了一类新型手性二磺酸XieBINSAs，并将它们应用在未活化烯烃的不对称氢烷氧基化反应中。相对于文献报道中以手性羧酸钛化合物在240 °C高温下催化2-烯丙基苯酚的不对称氢烷氧基化，作者发现将XieBINSA与异辛醇钛和水反应原位制备双(m-氧代)-二钛(IV)-手性多元磺酸盐配合物，可以实现在温和条件下催化烯丙基苯酚的高对映选择性分子内氢烷氧基化，进而首次对该不对称环化反应进行了详细的机理研究。
XieBINSAs是一系列新型的含有磺酰胺基团的手性联萘二磺酸（图1），以(R)-BINOL为起始原料可以在11步内以高达37%的总收率制得。虽然手性联萘二磺酸（BINSA）已被报道十几年，但是由于制备工艺和方法不成熟，因此到目前为止BINSA家族的分子仍屈指可数，而且在此不对称氢烷氧基化反应中催化效果很不理想（90 °C, < 39% ee）；作者拓展了BINSA型配体（L3和L4）并且进一步设计、合成了新型XieBINSAs型配体（L6至L13）应用在此不对称环化反应中，发现以异辛醇钛作为金属，反应温度为75 °C时可以得到97% ee的环化产物。
图1 不对称氢烷氧基化反应中用到的(Xie)BINSA配体
然而作者却观察到了非常令人头疼的现象：该反应受天气的影响非常大，天若下雨或者晴好，反应速率和对映选择性大不相同。因此，作者通过对反应试剂进行干燥处理，然后控制反应中的水含量。经过优化，在75 °C 条件下反应24 h就可以得到超过99%收率、97% ee的产物（图2a）。
找到水与XieBINSA以及异辛醇钛的最佳比例后，作者进一步研究活性钛催化剂的组成以及水在催化过程中的作用。通过研究产物和手性配体之间的非线关系（图2b），再基于MALDI-TOF表征、动力学研究和同位素效应等研究，作者推测醇钛、XieBINSA和水以2:2:4的比例形成了重要的活性钛催化剂：双(m-氧代)-二钛(IV)-手性多元磺酸盐化合物diaqua-[(-O)Ti(XieBINSA)]2。部分的水和磺酸胺基团通过氢键来稳定催化剂的钛中心，而过量的异辛醇钛则和底物形成混合醇钛然后将底物转运到活性催化剂中心，是重要的中间体。
图2.（a）水对反应的影响（b）手性配体与产物对映体比例的非线性关系
基于表征分析和实验验证，作者提出了可能的催化原理并推测该不对称氢烷氧基化反应经历了质子化与环化同时发生的协同过渡态（图3）。
最后，作者对反应底物的普适性进行考察。在温和的条件下，很多底物都可以很容易地进行环化，同时得到很高的反应收率和对映选择性（图4）。作者认为：XieBINSA具有的强酸性和优良手性配体于一体的性质，将为更多不对称催化领域的重大挑战提供新的解决方案。
总结：谢博士设计并合成了一类新型XieBINSAs分子，并用于未活化烯烃的不对称氢烷氧基化——研究了水对催化效果的影响，探究了其催化机理和活性位点，并且验证了XieBINSAs作为手性配体时反应底物的普适性。祝顺利毕业！
Xie, W.-B.; Li, Z., Bis(μ-oxo)–Dititanium(IV)–Chiral Binaphthyldisulfonate Complexes for Highly Enantioselective Intramolecular Hydroalkoxylation of Nonactivated Alkenes. ACS Catalysis 2021, 11 (10), 6270-6275.
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