十天狂发14篇JCAS，有机催化成果集锦！

微著

2020-12-21

1. JACS：Minisci反应中立体选择性机理研究

Minisci反应是通过构建C-C键对杂环芳烃进行官能团化的高效方法，通过前手性的杂原子修饰自由基物种，能够在杂芳基分子上形成相邻的立体中心结构，构建在药物化学、手性配体中的重要结构。最近，一种通过手性磷酸高活性Minisci催化反应方法得以发展，但是该方法学中的机理和反应的选择性仍没有得到深入理解。

有鉴于此，剑桥大学Kristaps Ermanis、Robert J. Phipps、Jonathan M. Goodman等报道了通过DFT计算模拟，阐释了该反应方法学中的立体选择性，通过计算、实验相关结果展示了反应受到Curtin-Hammett控制，该反应中开始过程中快速进行自由基加成，该自由基加成为可逆过程，随后通过缓慢的非可逆脱质子步骤进行立体选择性的控制。

本文要点

要点1. 通过详细的DFT计算，对该反应中各种自由基阳离子在脱质子反应过程中控制反应的可能性进行计算，发现通过酰胺基团引发反应发生分子内脱质子，该过程在手性磷酸物种辅助实现。

要点2. 这种不常见的立体选择性步骤是反应产生较高立体选择性、反应区域选择性的原因。

Kristaps Ermanis*, Avene C. Colgan, Rupert S. J. Proctor, Barbara W. Hadrys, Robert J. Phipps*, and Jonathan M. Goodman*, A Computational and Experimental Investigation of the Origin of Selectivity in the Chiral Phosphoric Acid Catalyzed Enantioselective Minisci Reaction, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c09668

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c09668

2. JACS：脂肪醇的β-消除得到碳自由基构建C-C键

西班牙加泰罗尼亚化学研究所Ruben Martin等报道了一种通过对脂肪醇衍生物分子的β-消除反应构建sp²-sp³、sp³-sp³碳化学键，该反应方法学兼容芳基卤化物、烷基卤化物。该方法学展示了广泛的底物兼容性，能够用于后期官能团化反应中。

本文要点

要点1. 反应优化。通过邻苯二甲酰亚胺修饰的四氢呋喃甲醇（1a）作为反应物，在10 mol % NiBr₂·diglyme、15 mol % 联吡啶（L1）催化剂体系，与ArBr（2a）反应，加入2 mol % 4-CzlPN光敏剂，加入1.5倍量HE，在NMP中于蓝光催化中40 ℃中反应，合成了芳基化四氢呋喃（3a），该反应产率达到84 %。

要点2. 反应机理。通过光激发的光催化剂将汉斯酯（Hantzsch ester）HE活化为HE^·+，从而光催化剂被还原。活化的HE^·+将对苯二甲酰亚胺修饰的醇分子进行β消除反应，生成碳自由基物种。同时Ni(0)L催化剂对卤化物进行氧化加成，随后β消除生成的碳自由基加成到Ni上，生成NiIII中间体物种，随后通过还原消除构建C-C键，得到产物。

Fei Cong, Xin-Yang Lv, Craig S. Day, and Ruben Martin*, Dual Catalytic Strategy for Forging sp²–sp³ and sp³–sp³ Architectures via β-Scission of Aliphatic Alcohol Derivatives, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c11172

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11172

3. JACS：烯烃/酮电化学加成制备三级醇

犹他大学Shelley D. Minteer、Scripps研究所Phil S. Baran等报道了一种友好的电化学还原，对惰性酮与烯烃进行类似Gridnard格氏加成的过程，通过切断化学键过程中的极性翻转制备三级醇。在该反应中，酮分子作为亲核试剂与惰性烯烃分子加成，从而实现转化。

本文要点

要点1. 反应优化。以酮、烯烃作为反应物，加入nBu₄NBr，在DMF中进行反应，阳极/阴极分别为Zn电极、Sn电极，在10 mA恒电流中进行反应，将酮转化为三级醇。

要点2. 该偶联反应能够通过电化学反应过程进行，反应过程兼容水、大气环境。该反应操作简单方便，机理研究发现该反应的机理和SmI₂还原反应机理非常类似。

Pengfei Hu, Byron K. Peters, Christian A. Malapit, Julien C. Vantourout, Pan Wang, Jinjun Li, Lucas Mele, Pierre-Georges Echeverria, Shelley D. Minteer*, and Phil S. Baran*, Electroreductive Olefin–Ketone Coupling, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c11214

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11214

4. JACS：光催化不饱和羰基化合物反式Michael加成

氧中心亲核试剂和共轭接受体之间的共轭加成反应是构建C-O键最有效的方法，这种共轭加成反应通常在缺电子碳原子β位点上，从而该反应中生成稳定的碳离子中间体，随后通过分别和质子、亲电试剂反应，生成β-加成产物（比如杂Michael加成反应）。但是，该反应中生成α-羟基/烷氧基酰胺需要通过α,β-反式加成过程进行。此外，立体结构反式的亲核α-加成生成α,β-不饱和羰基化合物仍未得到广泛研究，因为电子结构不匹配。

有鉴于此，中国科学技术大学康彦彪等报道了首例α-位点选择性的α,β-不饱和酰胺和氧/氟亲核试剂之间的亲核加成，在该反式过程中，通过新颖的还原中性的有机光还原催化过程实现，反应中仅仅需要0.5 mol %光还原可见光催化剂。光催化剂的激发态达到-1.92 V，比代表性的金属中心/有机光还原催化剂的电极电势更低，通过这种过程实现了α,β-不饱和酰胺进行α-亲核加成，而不是进行普遍的β-加成。

本文要点

要点1. 反应优化。以α,β-不饱和酰胺（1）作为反应物，D₂O、ROH、HF作为亲核试剂，在0.5 mol % 光敏剂和20 mol % TfOH作为催化剂体系，在Ar保护条件和-32 ℃中于MeCN中反应，在9 W 407 nm LED中在α位点进行亲核加成。

Zi-Hong Luan, Jian-Ping Qu, and Yan-Biao Kang*, Discovery of Oxygen α-Nucleophilic Addition to α,β-Unsaturated Amides Catalyzed by Redox-Neutral Organic Photoreductant, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c10707

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10707

5. JACS：手性α-CF3烯丙基硼酸的合成

斯德哥尔摩大学Kalman J. Szabo等报道了通过CF₃/TMS-二重氮甲烷/BINOL/乙醇体系对烯基硼进行不对称合成手性结构α-修饰CF₃的烯丙基硼酸。该反应过程中，手性α-修饰烯丙基硼酸和醛进行反应，或者in situ通过手性传递过程氧化为醇。对氧气敏感的烯丙基硼酸通过二氨基萘（DanH）保护得到的衍生物分离提纯。

本文要点

要点1. 反应优化。以三烯丙基环三硼氧烷（2a）、三氟甲基重氮甲烷（3）作为反应物，加入20 mol % BINOL催化剂，2倍量乙醇，在40 ℃中DCM溶剂中反应48 h。随后加入1.5倍量DanH，在40 ℃中反应1 h，以69 %的产率和98 % ee值得到产物。（NMR产率达到＞95 %）

要点2. 这种反应活性非常高的烯丙基硼酸在室温中会进行自催化反应，和酮、亚胺、吲哚进行反应，生成含有多达三个连续立体结构中心的共轭三氟甲基化均烯丙基醇/胺。

Sybrand J. T. Jonker, Ramasamy Jayarajan, Tautvydas Kireilis, Marie Deliaval, Lars Eriksson, and Kalman J. Szabo*, Organocatalytic Synthesis of α‑Trifluoromethyl Allylboronic Acids by Enantioselective 1,2-Borotropic Migration, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c09923

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.0c09923

6. JACS：Ni催化高效烯烃双官能团化

宾夕法尼亚州立大学Ramesh Giri等报道了Ni催化通过苄基卤化物、烷基锌对烯烃进行邻位双官能团化，并构建了含两个烷基-烷基化学键产物。这个烯烃双烷基化反应有效的将卞基卤化物、二级烷基锌试剂实现对内烯烃进行官能团化，实现了三个连续立体结构中心碳原子的产物分子。

本文要点

要点1. 反应优化。以N-苯乙烯基甲基苯胺（1）、二氧杂环丙基乙基溴化锌（2）、有机锌苄基溴（3）作为反应物，在0.05 mol % (500 ppm) Ni(cod)₂催化剂担载量时，室温中反应24 h，在1分子中的苄基烯烃上修饰2、3分子中的官能团，产率达到99 %。

要点2. 该反应方便的得到复杂结构的四烯、苯丙亚戊烯、双环癸烯等中心结构分子，是迄今为止效率最高的烯烃双官能团化反应方法，当催化剂担载量低至500 ppm时，反应的TON、TOF分别达到2×10³、165 h^-1。

Roshan K. Dhungana, Rishi R. Sapkota, Laura M. Wickham, Doleshwar Niroula, and Ramesh Giri*, Ni-Catalyzed Regioselective 1,2-Dialkylation of Alkenes Enabled by the Formation of Two C(sp3)-C(sp3) Bonds, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c09778

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c09778

7. 新加坡国立大学JACS: 用静电给有机液体充电

在许多重要的应用中，水相液体可以通过多种有效的方法充电。然而，对于有机液体而言，特别是绝缘的非极性有机液体，由于其导电性低，因而不能有效地进行充电。因此，基于带电有机液体的应用还没有得到突破性的发展。

有鉴于此，新加坡国立大学的Siowling Soh教授等发展了一种将静态电荷混合到液体中的策略，成功给有机液体，包括非极性有机液体充电。该方法简单通用，电荷量和极性可灵活调节，为开发新的应用提供了新机会。

本文要点

要点1. 发展了一种将静态电荷混合到液体中的策略，成功给有机液体，包括非极性有机液体充电。分析表明，带电粒子是分子离子态，混合后存在于有机液体中。

要点2. 首次将带电有机液滴用于有机反应。

要点3. 通过将液体单体与静电荷混合聚合，首次制备了嵌在本体基体中的带电荷粒子。与典型的表面带电粒子相比，这种新型的块状带电粒子的电荷是稳定的和持久的。

要点4. 首次将静电和磁性纳米粒子混合到液体单体中，制备出同时具有体电荷和体磁性的粒子。

Kang Hui Lim, et al. Charging Organic Liquids by Static Charge. JACS. 2020.

DOI: 10.1021/jacs.0c06000

https://doi.org/10.1021/jacs.0c06000

8. JACS：DFT研究双环α-羟基-β-内酰胺在Pd/Phos催化反应机理

埃默里大学Djamaladdin G. Musaev、加州大学伯克利分校Richmond Sarpong等报道了通过DFT计算对Pd/Phos体系催化双环α-羟基-β-内酰胺（1）的C-C切断/交叉偶联反应。

本文要点

要点1. 通过密度泛函理论发现，[(1)(CsCO₃)]-PdL(PhBr)形成了“碱介导的氧化加成”物种前体，Cs-碳酸盐能够导致较低的能量过程对醇底物进行脱质子形成Pd-醇盐中间体物种，该反应中通过担载OCF₃、OCF₂H的Phos配体从而对双环1底物进行选择性在四元环上发生开环反应。由于Phos配体和底物1分子中的哌啶结构之间有较高的立体位阻效应，从而导致C-C切断反应、交叉偶联反应中实现了较高的位点选择性。在底物哌啶基团中的α、β位点选择性官能团化过程受到偶联试剂中取代基的体积作用。

要点2. 本研究结果有效的帮助设计1底物分子中哌啶结构，从而对1类型的底物分子选择性官能团化过程的选择性更加深入的理解。

Li-Ping Xu, Jose B. Roque, Richmond Sarpong,* and Djamaladdin G. Musaev*, Reactivity and Selectivity Controlling Factors in the Pd/Dialkylbiarylphosphine-Catalyzed C-C Cleavage/Cross-Coupling ofan N‑Fused Bicyclo α‑Hydroxy-β-Lactam, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c10220

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10220

9. JACS：大立体位阻Ru实现对简单烯烃交叉复分解

加州大学洛杉矶分校K. N. Houk、加州理工学院Robert H. Grubbs等报道通过环金属化Ru/大体积N杂环卡宾催化体系实现丙烯酰胺和端基烯烃之间的高效Z-选择性交叉复分解反应，首次在该反应中实现了极高的反应立体选择性，通过该方法能够方便的得到cis结构Michael受体分子，该反应动力学选择性通过新戊酸酯阴离子配体实现，作者通过DFT计算考察了该反应中的选择性来源。

本文要点

要点1. 反应优化。以N-苄基烯丙酰胺（1a）、2倍量十二烯（2a）作为反应物，加入1.2 mol % Ru催化剂在室温中THF溶剂中反应，通过调控Ru催化剂的结构，优化了该反应中的选择性。具体调节了Ru催化剂中N杂卡宾上修饰的芳香基团，当N杂卡宾配体中邻位修饰两个二乙基甲基修饰的苯基，该反应中的交叉偶联反应选择性能够达到80 %。

要点2. 通过酸-碱中和策略避免了难度较高的基于盐复分解反应，实现了以往难以构建的具有较高位阻效应的Ru催化剂，该催化剂中通过块体Dipep（二乙基甲基修饰的苯基）边臂、新戊酸酯双齿阳离子的协同作用，首次实现了端基酰胺和简单烯烃的复分解反应。

Yan Xu, Jonathan J. Wong, Adrian E. Samkian, Jeong Hoon Ko, Shuming Chen, K. N. Houk,* and Robert H. Grubbs*, Efficient Z‑Selective Olefin-Acrylamide Cross-Metathesis Enabled by terically Demanding Cyclometalated Ruthenium Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c11334

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11334

10. JACS：光黄素光催化生物共轭技术修饰多肽巯甲基C-H键

生物共轭（Bioconjugation）技术通过创新性的将生物学、药物进行结合，构建了新型生物分子种类，选择性的对残基进行生物共轭修饰能够扩展生物共轭技术的应用范围。

有鉴于此，普林斯顿大学David W. C. MacMillan等报道了一种位点选择性的甲硫氨酸（methionine）生物共轭方法。

本文要点

要点1. 反应优化。以四肽VMFP（1）、10倍量乙烯叉丙二酸二异质（2）作为反应物，加入10 mol % 光黄素（3）作为光催化剂，在pH 7.4 PBS溶液中和40 W 440 nm LED光照条件中进行光催化反应，将VMFP底物分子中的甲硫基C-H键活化，修饰乙基丙二酸二乙酯。

要点2. 反应机理。通过光激发光黄素（lumiflavin）从而产生开壳层中间体物种，通过这种还原电位门控（reduction-potential-gated strategy）实现了基于经典亲核反应的共轭方法无法实现的对一些残基反应和修饰，展示了优异的活性和普适应。进一步的，作者将这种方法用于对大量蛋白修饰，此外将其应用于生物有效载荷。

Junyong Kim, Beryl X. Li, Richard Y.-C. Huang, Jennifer X. Qiao, William R. Ewing, and David W. C. MacMillan*, Site-Selective Functionalization of Methionine Residues via Photoredox Catalysis, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c09926

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c09926

11. JACS：烯基有机芳基膦C(sp2)-Ar σ-碳碳键切断反应机理

[1+2]环加成反应是一种经典的烯烃、亚磷烯亲电反应。郑州大学段征、魏东辉等报道了发现该反应会发生难以预料的C(sp²)-Ar选择性对烯烃的σ插入反应。从而发展了一种空间约束通过低配位亚磷烯促进化学选择性切断惰性C(sp²)-Ar的σ键的方法。

本文要点

要点1. 反应情况。以P-环己二烯苯乙烯膦（1）作为反应物，在甲苯中于120 ℃中反应4~5 h，合成了修饰芳基和W(CO)₅的膦哚（3）。作者通过在反应中加入6倍量吲哚，与反应中间体2H-膦哚反应，从而成功捕获了反应中间体物种。

要点2. 理论计算结果显示，该C-C键切断反应过程是能量上有优势的过程，其原因在于1,9-芳基移位过程中亲电重排过程没有应力较大的中间体参与。该过程包括高反应活性2H-磷哚中间体，作者对该中间体进行表征，验证了其存在。

Junjian Wang, Donghui Wei,* Zheng Duan,* and Francois Mathey, Cleavage of the Inert C(sp²)-Ar σ‑Bond of Alkenes by a Spatial Constrained Interaction with Phosphinidene, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c11195

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11195

12. JACS：Ni催化光化学烯烃双烷基化

通过单步温和条件中在多个价格友好的催化剂/底物分子体系中构建C(sp³)-C(sp³)键对于有机合成领域长期以来孜孜追求的目标。有鉴于此，新加坡国立大学Ming Joo Koh、重庆大学蓝宇等报道了一种高效的Ni催化还原反应方法学，通过烯基酰胺、脂肪基亲电基团之间在Ni催化剂中进行选择性反应，通过简单易得的稳定、储量丰富物种分子出发，在反应中位点的选择性达到＞98:2。

本文要点

要点1. 反应优化。以端基脂肪基烯烃、1.7倍量邻苯二甲酰亚胺羧酸酯、2倍量烷基碘化物作为反应物，在20 mol % NiI₂或NiBr₂(diglyme)，3倍量Mn，于35 ℃中的DMSO或者DMSO/MeCN溶剂中反应，将烯烃双键上加成两个烷基。

要点2. 该方法学无需加入有机金属试剂，对大量官能团兼容，能够对两个电子/立体结构非常类似的一级烷基官能团加成到C=C键上，同时精确控制位点上修饰基团的选择性。DFT计算研究结构显示，该反应方法学中的选择性来自于原位生成的有机Ni物种的正交反应选择性（orthogonal reactivity）和化学反应选择性。

Tao Yang, Yi Jiang, Yixin Luo, Joel Jun Han Lim, Yu Lan*, and Ming Joo Koh*, Chemoselective Union of Olefins, Organohalides, and Redox-Active Esters Enables Regioselective Alkene Dialkylation, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c09922

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c09922

13. JACS：P^P有机膦配体螯合、金属-碳键插入双重反应

麻省理工学院Alexander T. Radosevich等报道了将三配位膦配体引入金属-碳化学键，在含有三酰胺结构的P(N(o-N(Ar)C₆H₄)₂的P^P-螯合配体（L1）通过链接在-PⁱPr₂上的亚苯基，与第10族L₂M(Me)Cl (M=Ni, Pd)结合过程中，将膦插入金属-甲基化学键，从而生成金属膦烷产物。L1和(cod)Pt^II(Me)(Cl)之间反应并未生成金属磷烷，反而该过程中生成双膦化的螯合物(κ²-L1)Pt(Me)(Cl)。这种有区别的反应性是由于第10族元素中M-C键的规律性焓变过程导致。

本文要点

要点1. 作者设计合成了一种含两种膦的新型双齿P^P耦合配体（L1），其中分别含有三角形、非三角形两种膦配位点。双（2-氨基苯基）胺（1）通过Pd催化Buckwald-Hartwig C-N偶联、C-P偶联系列反应生成2，随后在Et₃N存在中和PCl₃反应，得到了κ²-结构的有机膦螯合配体。

Seung Jun Hwang, Akira Tanushi, and Alexander T. Radosevich*, Enthalpy-Controlled Insertion of a “Nonspectator” Tricoordinate Phosphorus Ligand into Group 10 Transition Metal-Carbon Bonds, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c11161

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11161

14. JACS：光催化对N6-甲基腺苷中甲基C-H键活化修饰有机基团 

对DNA、RNA的结构进行选择性修饰对理解表观遗传修饰（epigenetic modifications）非常重要。

有鉴于此，剑桥大学Shankar Balasubramanian、Matthew J. Gaunt等报道了可见光催化反应方法学，通过对N6-甲基脱氧腺苷（deoxyadenosine）、N6-甲基腺苷（adenosine）中的甲基位点上进行C(sp³)-H键共价修饰。

本文要点

要点1. 反应优化。以CTTGACAG[N⁶mdA]CTAG（5a）、3-硝基吡啶（1a）作为反应物，以Ru(phen)₃Cl₂作为光催化剂，在H₂O/MeCN中和60 W荧光灯中进行反应，光照10 min，以16 %的产率得到CTTGACAG[N⁶(NHF)dA]CTAG（6）；当反应物为5a和修饰炔基酰胺的3-硝基吡啶（1b）反应，10 min实现了11 %的产率，随后进一步的和N₃-PEG-Biotin（9）反应，加入CuSO₄、奎尼丁(quinuclidine) 、抗坏血酸钠，在水中反应30 min，以92 %的产率进行反应，生成CTTGACAG[N⁶(NHFXB)dA]CTAG（10）。

考察了该反应在多种不同寡核苷酸（oligonucleotide）中的修饰反应性能，验证了该反应方法学有底物兼容性。

要点2. 反应机理。该反应通过光催化将硝基吡啶还原为亚硝基吡啶，还原性的quinuclidine通过光催化氧化，随后选择性的对甲基位点进行抓氢反应，从而在N6-甲基位点转变为α-胺基自由基。α-胺基自由基和亚硝基吡啶之间的交叉偶联反应，生成稳定的共轭结构，在N6-甲基-甲基腺苷上安装了标签分子基团。

这种含有N6-甲基脱氧腺苷的寡核苷酸得以在比较复杂的混合物中实现富集，展示了该方法在DNA/RNA的鉴定和修饰中的应用前景。

Manuel Nappi, Alexandre Hofer, Shankar Balasubramanian,* and Matthew J. Gaunt*, Selective Chemical Functionalization at N6‑Methyladenosine Residues in DNA Enabled by Visible-Light-Mediated Photoredox Catalysis, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c10616

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10616