成果簡介
化學工作者的浪漫，大概就是用自己的姓氏命名一類分子。
2021年5月10日，上海科技大學李智課題組在ACS Catalysis發表一篇文章1，標題為‘Bis(μ-oxo)?Dititanium(IV)?Chiral Binaphthyldisulfonate Complexes for Highly Enantioselective Intramolecular Hydroalkoxylation of Nonactivated Alkenes’。該工作由李智研究員指導，博士研究生謝文斌獨立完成。
謝博士設計、合成、命名了一類新型手性二磺酸XieBINSAs，并將它們應用在未活化烯烴的不對稱氫烷氧基化反應中。相對于文獻報道中以手性羧酸鈦化合物在240 °C高溫下催化2-烯丙基苯酚的不對稱氫烷氧基化，作者發現將XieBINSA與異辛醇鈦和水反應原位制備雙(m-氧代)-二鈦(IV)-手性多元磺酸鹽配合物，可以實現在溫和條件下催化烯丙基苯酚的高對映選擇性分子內氫烷氧基化，進而首次對該不對稱環化反應進行了詳細的機理研究。
XieBINSAs是一系列新型的含有磺酰胺基團的手性聯萘二磺酸（圖1），以(R)-BINOL為起始原料可以在11步內以高達37%的總收率制得。雖然手性聯萘二磺酸（BINSA）已被報道十幾年，但是由于制備工藝和方法不成熟，因此到目前為止BINSA家族的分子仍屈指可數，而且在此不對稱氫烷氧基化反應中催化效果很不理想（90 °C, < 39% ee）；作者拓展了BINSA型配體（L3和L4）并且進一步設計、合成了新型XieBINSAs型配體（L6至L13）應用在此不對稱環化反應中，發現以異辛醇鈦作為金屬，反應溫度為75 °C時可以得到97% ee的環化產物。
圖1 不對稱氫烷氧基化反應中用到的(Xie)BINSA配體
然而作者卻觀察到了非常令人頭疼的現象：該反應受天氣的影響非常大，天若下雨或者晴好，反應速率和對映選擇性大不相同。因此，作者通過對反應試劑進行干燥處理，然后控制反應中的水含量。經過優化，在75 °C 條件下反應24 h就可以得到超過99%收率、97% ee的產物（圖2a）。
找到水與XieBINSA以及異辛醇鈦的最佳比例后，作者進一步研究活性鈦催化劑的組成以及水在催化過程中的作用。通過研究產物和手性配體之間的非線關系（圖2b），再基于MALDI-TOF表征、動力學研究和同位素效應等研究，作者推測醇鈦、XieBINSA和水以2:2:4的比例形成了重要的活性鈦催化劑：雙(m-氧代)-二鈦(IV)-手性多元磺酸鹽化合物diaqua-[(-O)Ti(XieBINSA)]2。部分的水和磺酸胺基團通過氫鍵來穩定催化劑的鈦中心，而過量的異辛醇鈦則和底物形成混合醇鈦然后將底物轉運到活性催化劑中心，是重要的中間體。
圖2.（a）水對反應的影響（b）手性配體與產物對映體比例的非線性關系
基于表征分析和實驗驗證，作者提出了可能的催化原理并推測該不對稱氫烷氧基化反應經歷了質子化與環化同時發生的協同過渡態（圖3）。
最后，作者對反應底物的普適性進行考察。在溫和的條件下，很多底物都可以很容易地進行環化，同時得到很高的反應收率和對映選擇性（圖4）。作者認為：XieBINSA具有的強酸性和優良手性配體于一體的性質，將為更多不對稱催化領域的重大挑戰提供新的解決方案。
總結：謝博士設計并合成了一類新型XieBINSAs分子，并用于未活化烯烴的不對稱氫烷氧基化——研究了水對催化效果的影響，探究了其催化機理和活性位點，并且驗證了XieBINSAs作為手性配體時反應底物的普適性。祝順利畢業！
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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