由于Bredig和Fiske2在19123年发现了一种非酶，适度的对映选择性的Cinchona cataloid-catalys-catalys-catalys cyanodrin合成，因此不对称的化学催化已经大量进化 ，目前涵盖了过渡金属4,5,5,6 ，enzymes7,8和OrgansoCatalys的反应，目前涵盖了反应。但是 ，纯脂族烃的催化和对映选择性处理仍然极具挑战性 。不对称催化中使用的典型底物和试剂具有杂原子或芳香族基团 ，从而通过提供与催化剂特定相互作用的官能团来增强反应性并能够促进对映射 。的确，据我们所知 ，Pfaltz的地标性鸢尾核酸膜的不对称氢化是纯烷基取代的烯烃作为唯一的唯一例子 ，在唯一的例子中，仅催化了唯一的催化含量的含有抗元素的含有含量的含有含量的含有含量的含有含量的含有含量的含量 - 仅含有抗逆转肌率 - 抗逆逆逆化邦。我们对通过研究阳离子转移作为化学和生化转化的基本类别来推进碳氢化合物化学感兴趣 。在这方面 ，最突出的例子是阳离子瓦格纳 - 梅尔韦因重排15,16 。以前没有描述催化通过纯脂族碳氢化合物的阳离子（例如Wagner和Meerwein最初报道的）进行催化对映射的瓦格纳 - 米尔韦因反应（图1A ，b）17,18,19,20,20,21。雅各布森和同事24,25，并具有π-酰基钯中间体 ，可提供对映射的α-乙烯基环酮酮（图1C）或超价碘 - 催化剂的1,3-二氟酸反应 ，β-亚果定型的造型型（图 。图1d） 。
最近，我们引入了强烈和手性的密闭二二磷酰咪酯（IDPI）BrønstedAcid，作为一种不对称催化的新工具26,27。IDPI催化剂已经激活了水烷基化中的无偏烯烃28 ，水氧化29和Hydrolactonization 30 ，甚至可以控制纯粹基于碳氢化合物的非经典碳碳31,32 。在这些结果的鼓励下，我们很想用纯脂肪烃基底物挑战我们的IDPI基序 ，向高度对映选择性的Wagner-Meerwein Shifts偏移 ，并在这里描述这些研究的结果（图1E） 。
在研究开始时，我们将烯烃1a的烯烃1a占5 mol％的5 mol％ ，占室温下覆盖宽PKA（酸离解常数KA）范围的宽PKA的各种受粘性的Brønsted酸催化剂的范围24小时 ，以获得环形膨胀的环烷基3A（图2）。正如预期的那样，弱酸（例如米二磷酸2a）未能给出任何反应性 。同样 ，二氨基二磷酸2b仅给出底物1a的较差以提供烯烃异构化产物6a 。相比之下 ，我们高度酸性和受限制的IDPI催化剂2c的产物3a的中等转化率和高映体比率为96：4。在相似的对映选择性中也形成了大量的剥离4a，并慢慢转化为相应的内部生产3A ，已经表明去质子化不能是对映射的。我们进一步观察到甲基迁移的痕量量产物5a（少于0.5％） 。我们的高度酸性和更牢固的IDPI催化剂显然抑制了起始材料的烯烃异构化 ，从而得到碳氢化合物6A（小于2％） 。值得注意的是，催化剂的磺酰胺内核从五氟苯基磺酰基变为全氟乙酰硫基磺酰基（IDPI 2D）的反应性急剧增加，并以极好的产量和敌意性提供了完全转化。我们假设IDPI催化剂提供的高度狭窄的微环境实现了高化的化学选择性 ，对映射和整体反应性 。为了在视觉上评估这种限制效果 ，使用催化剂的模型离子对33,34计算埋入的体积（图2） 。较高的埋入体积与较窄的口袋相对应，可能表明碳酸盐量在IDPI阴离子口袋内稳定 ，可能会补偿缺乏传统的杂原子或共振稳定。确实 ，与这些期望一致 磺基义磷酸基团不仅调节整体酸度，而且有助于催化活性位点的限制 。值得注意的是 ，与IDPI 2D（埋入53％的埋藏量）相比 ，更酸性的IDPI 2E（提供了一个相对较大的口袋（45％埋入量），只能以较差的产量提供产品3A 。在底物1a的46％消耗下 ，仅获得了3A产量3a的收率 ，具有中等的对映选择性以及更多的烯烃同构产物6a。这些结果表明，酸度和限制之间的微调平衡对于实现高化学选择性 ，对映射和整体反应性至关重要 。在对催化剂和反应条件进行了简要筛查（补充表1）之后 ，我们选择了催化剂2D，CHCL3（4 m）和室温24小时，发现可以以极好的产率和对映选择性获得产物3A（91％ ，97：3映体比率） 。
使用各种烷基烯基环烷烃评估了Wagner-Meerwein偏移的底物范围 ，这些烷烯基环烷烃很容易转化为相应的环形膨胀的环烷基产物（图3）。连接到烯烃的线性和较长的烷基链以优异的产率和对映选择性为3A – C 。将烷基链缩短为N-丙基（3D）保留了高对映选择性，但是用乙基基团获得了中等的对映选择性（3E ，84:16对映体比率） 。对映体比率的增量降低（3B3A3C3D3E）与简单的空间排斥或N-烷基的分散相互作用是一致的。令我们高兴的是 ，烯烃处的分支烷基取代基表现出很高的产量和出色的对映选择性（3F – H）。还耐受了带有烯烃取代基的底物，为产物3i提供的映体比率为95.5：4.5 ，产量为83％ 。可以成功利用烷基链处的O-苯甲酰基和芳基的功能（3J和3K） 。我们还使用IDPI 2F研究了类似的四到五元环的膨胀 ，烯烃处的线性和分支烷基取代基都以高产量和高度到高对映射性（3L – N）提供了所需的产物。除脂肪族烃外，芳基取代的底物也反应 。例如 ，具有IDPI 2G的五到六元环的扩展为相应的产物3O-R具有不同的立体电代特性 ，高产量和对映选择性 。四到五元环膨胀中的芳基取代的底物与中等产率和对映选择性（3S和3T）反应。如预期的那样，在最佳条件下的三元和六元环底物都没有反应性（补充图1） 。为了说明这种不对称转化的合成效用 ，开发了（ - ） - Herbertene35的简短对映选择性总合成 。第一的 ， 产物3T通过74％的产率以74％的产量将产物3T转化为环丙烷10，并以89％的产率递送（ - ） - 赫伯特烯。从环扩展产物3G，3N和3O衍生的渗透酯的X射线衍射分析允许明确确定这些产物的绝对构型36 。所有其他产品的立体化学都是通过类比分配的 。
为了深入了解反应机制 ，我们合成对映体（大于99：1对映体比率） ，13C标记的脱脂产物11，并将其遵守反应条件（图4A）。烯烃11与IDPI 2D的烯烃异构化在大于99：1的对映体比例中得到了内强生产12 。同样 ，它的对映异构体ENT-11（98.3：1.7对映体比率）以稍慢的速率（不匹配的情况）做出反应 ，并在98.4：1.6映体比率中给出了Ent-12（补充图2） 。在这两种情况下，我们都没有观察到由[1,2] - 甲基或[1,2] -n-己基移位引起的侧产物。尽管这些结果可以解释为意味着不可逆转的环扩展 ，但我们的计算结果表明事实并非如此（见下文）。我们还对反应条件进行了相应的烯烃异构体6A和醇13（图4B） 。与底物1a相反 ，底物1A（以极好的产量和对映选择性为所需的产物3a，底物6a和13都以中等产率和较低的对映选择性的产物3a 。在这两种情况下 ，底物的反应性都较小 ，并且可能发生通过质子醇或协同途径进行的替代途径（例如，反应进行的反应）可能会发生。或者 ，产生碳分配的平均值可能会通过非平衡过程影响随后的重排（见下文） 。此外 ，我们研究了13C标记的底物1A'与IDPI 2D通过13C核磁共振（NMR）光谱的反应进程（图4C） 。在反应开始时获得的13C NMR数据显示，内产生产物3A'和Exodroduct 4A'的形成几乎是等摩尔量。大约2小时后，产物4a'慢慢转化为热力学偏爱的产物3a' 。尽管未检测到环膨胀后通过[1,2] -n-己基迁移的产物形成 ，但未检测到 。 检测到甲基迁移的侧产物5A'的痕迹（小于0.5％）和烯烃异构化产物6A'（小于2％）。起始材料1a'的消耗显示出特征性的一阶指数衰减 ，已经观察到其他分子内IDPI催化反应，为此 ，只有一个底物分子参与了反应的速率量化步骤30,37 。另外 ，在1H和13C NMR光谱中，催化剂浓度保持恒定 ，并且在反应期间未观察到实质性的化学位移变化 。用可变的时间归一化分析确定了催化剂2D的反应顺序38,39 ，从1H NMR浓度曲线中确定，也被发现是一阶（补充信息具有更多详细信息）。在五个不同的温度下进行的反应范围从15°C到55°C ，使我们能够确定与眼环方程反应的热力学参数 。激活的焓= 12.5±0.5 kcal mol -1 ，激活的负熵= -30.3±1.6 kcal mol -1 k -1和激活的自由能298K = 21.5±0.7 kcal mol -1（图4d） 。
根据这些实验，我们可以提出合理的反应机理（图4E）。因此 ，IDPI 2D用烯烃1A'的质子化启动催化循环 ，以提供高度局限于IDPI阴离子腔内作为接触离子对（i）的烷基 - 碳酸盐，随后是五到六启动的环形环膨胀，可为离子膨胀 ，可为ION配对提供。我们假设底物的质子化是反应的总速率限制步骤 ，因为在反应监测过程中未通过31p NMR光谱观察到共价加合物 。另外，负激活熵在烯烃30,40质子化的各种报告的文献值范围内 。动力学去质子化给出了可隔离的外旋格产物4a' ，可以可逆地将其质子化以再生离子对II。最后 ，离子对II的去质子化提供了热力学优选的内吞产品3A'，并再生催化剂2D 。Before the ring expansion, ion pair I could isomerize to furnish trisubstituted 6a′ or convert to methyl-migrated ion pair III, which upon deprotonation, leads to side product 5a′.或者 ，离子对II可以经历[1,2] -n-己基移位以提供离子对IV ，而去质子后将导致侧产物3a 。同样，离子对II可以进行[1,2] - 甲基移动 ，然后去质子化以提供侧产物14a'和15a'（补充图3）。尽管这些假设的侧反应并未发生在五到六元的环膨胀中 ，但在相应的四到五元环膨胀中，我们确实观察到[1,2] - 甲基移位和[1,2] -n-己基移位侧产物 。
密度功能理论计算支持提出的机制 ，并导致对映选择性起源的模型 。Our calculations (CPCM(CHCl3)-ωB97X-D4/def2-TZVPP//CPCM(CHCl3)-B3LYP-D3(BJ)/def2-SVP) (Supplementary Information has details and references) on the conversion of substrate 1c suggest that the rate-determining step is protonation of the olefin, which has a predicted free energy barrier of 17.2 kcal mol−1（图4F）。对映选择性确定的步骤是随后的五到六元环的扩展 ，对映选择性的起源是出于限制性手性袋中非共价相互作用的平衡而出现的，与诱导的拟合模型41,42一致 。具体而言，有利的分散相互作用和C – H··O氢键似乎起着关键作用（图4G；补充信息具有其他细节）43,44 。导致R（TSGH ，红色路径）和S（TSCD ，蓝色路径）产物的最低能量过渡状态结构在自由能中差异为3.0 kcal mol-1，这与96：4的实验对映体比率合理一致（在自由能的差异中等于自由能的差异和其他级别的1.9 kc and ception-1）（该理论等于差异）（该差异差异）。请注意 ，尽管有利的环扩展步骤的障碍非常小 ，但前身构象异构体B的总体屏障略大 。尽管我们不能排除由于催化剂结构或非统计动态效应而抑制构象平衡的抑制（图4b中的对映选择性的差异至少与此类效应是一致的），但我们注意到过渡结构直接连接到碳量构象符号b导致了相同的补充性信息的相同含义的预测 ， 。环膨胀之后是阳离子的轻松去质子化 ，并在下坡分离上以形成最终产物3c。这些结果与IDPI核对重排的总体机制一致，该重排由以下步骤组成：（1）速率确定的质子化；（2）随后的对映选择性确定的环环扩展；（3）在催化剂 - 基底解离后轻松获得最终产品 ，这是一种机械场景 ，这与萜烯合酶酶的机械场景无关，该酶为碳酸化化学步骤而言是碳定位的产生和立体选择性的控制 ，并且由碳固定型结合位点的形状控制。
我们IDPI催化剂的高酸度和限制的手性微环境使催化不对称的瓦格纳 - 米尔韦因在未稳定的“经典阳离子”中进行的催化不对称的瓦格纳 - 米尔韦因转移可以处理纯脂族烃 。我们认为 ，提出的方法对脂肪族烃的相关反应具有很大的潜力 。
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文章不错《脂族烃的催化不对称阳离子移位》内容很有帮助