【有机】铁金属中心手性八面体配合物：拓展廉价金属不对称催化

参与不对称催化的过渡金属催化剂一般是由利用金属盐或者有机金属前体和精心设计的手性配体组成。近几年，完全由非手性配体构建的金属中心手性催化剂日益成为过渡金属不对称催化剂的一个研究热点。德国马尔堡大学Meggers教授课题组在八面体金属中心手性研究工作中做出突出贡献，相继发展了一系列Ir、Rh、Ru金属中心手性催化剂。这些催化剂不仅成功地应用于不对称催化Michael加成、Friedel-Crafts反应、环加成反应、α-胺化反应、α-氟化反应、Mannich反应、酮的炔基化反应以及C-H环化胺化等反应中，还成功的应用于不对称可见光和电化学反应中。

最近，该课题组又有了突破性的进展，他们首次开发了一类新的廉价铁金属中心手性八面体催化剂，并成功实现了催化分子间Cannizzaro反应和Nazarov环化反应（结构见图1），这一研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上。出于环保和经济方面的考虑，越来越多的课题组开始致力于开发廉价金属催化剂。然而相比于Ir、Rh、Ru这些贵金属，设计和合成稳定的金属铁中心手性催化剂面临着巨大的挑战。首先，相比于Ir (5d)、Rh (4d)、Ru (4d)金属，Fe (3d)的配位能力较弱，合成构型稳定的金属手性八面体更难。其次，很多二价铁化合物呈现出顺磁性，为配合物的表征和研究带来很大的麻烦。Meggers组的这一开创性工作证明了从廉价金属出发设计金属中心手性八面体催化剂是可行的，为廉价金属不对称催化提供实验依据。

图1. 八面体铁的结构示意图。图片来源：JACS

通过一系列的探索工作，该课题组最终选择双齿N-(2-吡啶基)取代氮杂环卡宾化合物作为配体（该配体也被成功应用于Ru配合物的合成，J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 4322），随后通过电解其银卡宾配合物，两步反应以70%的产率得到外消旋催化剂，再由手性辅基介导的手性拆分以及立体专一性的辅基取代反应，最终得到光学纯的八面体铁配合物Λ-Fe和Δ-Fe。两个双齿N-(2-吡啶基)取代氮杂环卡宾和两个乙腈通过C₂对称的模式与铁配位，另外两个六氟磷酸根组成外围阴离子。其中双齿N-(2-吡啶基)取代氮杂环卡宾与铁配位展现出惊喜的稳定性，这主要取决于其强σ供电子能力和弱π受电子能力，同时在吡啶5号位引入的CF₃ 基团不仅可以增加空间位阻而且还可以通过调节电子效应改变整个配合物的结构和构型稳定性。令人惊喜的是该配合物铁中心是低自旋状态，整体呈现出抗磁性，这也为配合物的表征和纯化带来很大的便利（合成详见图2）。

图2. 手性八面体铁的合成路线图。图片来源：JACS

接着作者进一步考察了该配合物的催化性能，受到唐勇教授组工作（J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 16849）的启发，作者发现该类配合物能够顺利催化苯甲酰甲醛水合物和醇的Cannizzaro反应生成扁桃酸酯。通过条件筛选，二氯甲烷作为溶剂，5mol%催化剂用量，25 mg/0.05 mmol的4Å分子筛，10当量的异丙醇为最佳条件，能以96%的分离产率和88%的ee值得到手性的扁桃酸异丙酯（结果见图3）。同时作者发现该类配合物还可以催化Nazarov环化反应。经过一系列条件优化，二氯甲烷作为溶剂，5mol%的催化用量的条件下，能以89%的分离收率和83%ee值得到手性环化产物（结果见图4）。

图3. Cannizzaro反应。图片来源：JACS

图4. Nazarov环化反应。图片来源：JACS

总结

Eric Meggers教授首次发展一类铁金属中心手性八面体催化剂，该催化剂完全非手性配体组成，但是形成的催化剂整体表现为金属中心手性，其中双齿配位的N-(2-吡啶基)取代氮杂环卡宾配体与铁配位表现出很好的构型稳定性能。这类铁金属中心手性八面体催化剂不仅配体合成简便而且所用金属廉价易得，这也为廉价金属不对称催化提供了新的方向。

该论文作者为：Yubiao Hong, Lucie Jarrige, Klaus Harms, Eric Meggers

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Chiral-at-Iron Catalyst: Expanding the Chemical Space for Asymmetric Earth-Abundant Metal Catalysis

J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b01352

导师介绍

Meggers

https://www.x-mol.com/university/faculty/43042

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