【人物与科研】华东理工大学邓卫平教授课题组：钯催化三亚甲基甲烷的不对称[4+3]环加成反应构建手性稠环氮杂卓类化合物
导语
氮杂卓类骨架广泛存在于多种药物分子和天然活性化合物中，其高效合成一直是有机合成和创新药物研究中最重要的研究热点之一。[4+3]环加成反应作为构建七元环骨架最直接、高效的手段之一，在现代有机合成领域具有重要应用。然而基于催化不对称[4+3]环加成反应高效合成手性氮杂卓类化合物一直是该领域的重要挑战。近日，华东理工大学邓卫平教授课题组在钯催化三亚甲基甲烷的不对称[4+3]环加成反应中取得了新突破（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie. 201909158）。
邓卫平教授课题组简介
邓卫平教授课题组一直致力于催化不对称合成领域的研究，通过新型手性催化剂和手性配体的设计以及新型催化不对称合成方法的开发，为结构重要的手性分子和手性药物的不对称合成提供了高效便捷的方法，并取得一系列研究成果（J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 17041-17044; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 4897-4900; 2016, 55, 4527-4531; 2019, 58, 16119-16123; ACS Catal. 2016, 6, 652-656; 2016, 6, 5685-5690; Org. Lett. 2011, 13, 6010-6013; 2015, 17, 4822-4825; 2015, 17, 4988-4991; 2018, 20, 104-107; 2018, 20, 3838-3842; 2018, 20, 4121-4125; 2019, 21, 1015-1020; 2019, 21, 5514-5518; Chem. Commun. 2011, 47, 2961-2963; 2015, 51, 9212-9215; 2019, 55, 7346-7349; Chem. Eur. J. 2013, 19, 6739-6745; 2015, 21, 10457-10465; 2015, 21, 19048-19057; Adv. Synth. Catal. 2018, 360, 2049-2054; 2018, 360, 2191-2203; 2018, 360, 2843-2853; 2018, 360, 4168-4177; 2019, 361, 1592-1596; 2019, 361, 4302-4313; 2019, 361, 4611-4622; Org. Chem. Front. 2017, 4, 52-56; 2017, 4, 2343-2347; 2018, 5, 70-74; 2018, 5, 3430-3434; 2019, 6, 579-583.）。
邓卫平教授课题组老师和研究生合影
邓卫平教授简介
邓卫平，华东理工大学药学院教授，博士生导师，药学院副院长。2000年获中国科学院上海有机化学研究所理学博士学位，导师戴立信院士。2000年至2003年先后在美国国立卫生研究院和美国Rochester大学化学系进行博士后研究。2003年底加入新加坡的新药研发公司---S*BIO，进行靶向小分子抗癌药物的研发工作。2005年8月受聘于华东理工大学药学院。回国先后获得一系列荣誉和称号，包括：上海市浦江人才（2006），教育部新世纪优秀人才（2007），上海市育才奖（2007），上海市曙光人才（2009），上海市归侨侨眷先进个人（2010） 以及东岳-天鼎奖教金特等奖（2015）等。兼任教育部高等学校药学专业教学指导分委会委员，上海市药学会药物化学专委会委员，中国医药工业杂志编委等职。先后承担国家自然科学基金、上海市基础研究重点项目等十余项研究项目。已在国际核心刊物J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal., Chem. Commun., Org. Lett., Chem. Eur. J. 等上发表90余篇SCI论文。
杨武林副研究员简介
杨武林，博士，特聘副研究员。1989年10月生，2012年7月本科毕业于华东理工大学，2017年9月获华东理工大学博士学位，导师：邓卫平教授，其中2016年9月-2017年8月受国家留学基金委资助在美国罗格斯大学联合培养。2017年10月-2019年12月在华东理工大学药学院从事博士后研究，合作导师为李忠教授。2019年12月以特聘副研究员的身份留校工作。目前以第一作者或通讯作者身份在国际核心刊物Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal., Chem. Commun., Org. Lett., Chem. Eur. J., Adv. Synth. Catal.等发表近20篇SCI论文；2017年获得上海市博士后日常工作经费资助，2018年入选上海市“科技创新行动计划”青年科技英才扬帆计划，作为项目负责人主持国家自然科学基金青年项目（2019）、中国博士后科学基金第12批特别资助及第63批面上资助、教育部基本科研业务费探索研究基金等多项研究项目。
前沿科研成果
钯催化三亚甲基甲烷的不对称[4+3]环加成反应构建手性稠环氮杂卓类化合物
三亚甲基甲烷（TMM）作为一类重要的全碳1,3-偶极子已被广泛用于合成环戊烷、五元杂环以及天然产物中。然而由于存在不利的熵因素以及环张力作用，该类偶极子参与的[4+3]环加成反应至今鲜有报道，尤其是催化不对称[4+3]环加成反应一直是亟待解决的重要难题。考虑到氮杂卓类化合物在天然产物合成和创新药物研究中的重要价值，邓卫平教授课题组设想以橙酮亚胺作为氮杂双烯体，实现钯催化三亚甲基甲烷的不对称[4+3]环加成反应，高效构建一系列结构新颖的手性稠环氮杂卓类化合物。然而要实现上述想法，需解决如下关键问题：（1）反应过程中[4+3]和[3+2]环加成区域选择性控制的难题；（2）反应过程中对映及非对映选择性控制的难题（图1）。
图1. 三亚甲基甲烷与橙酮亚胺的[4+3]环加成反应设想
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
通过对反应条件的优化，最终分别以优秀的收率（84%-98%）、高度专一的区域选择性和优秀的非对映及对映选择性（9:1- >20:1 dr, 94%- >99% ee）实现了两类不同取代基（亚氨基、氰基）的三亚甲基甲烷与橙酮亚胺的不对称[4+3]环加成反应，构建了一系列取代基多样的苯并呋喃并氮杂卓化合物（40例）。值得注意的是，亚氨基和氰基取代的三亚甲基甲烷底物，分别专一的得到了cis和trans构型的环加成产物，这一发现也为立体多样性合成提供了新的思路（图2）。
图2. 钯催化三亚甲基甲烷的不对称[4+3]环加成反应底物适用范围
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
随后，作者对该反应的实用性进行了研究。使用3 mol %的催化剂用量就可以实现克量级放大反应（图3a），反应依旧能够以96%的收率，优秀的立体选择性（>20:1 dr, 97% ee）得到[4+3]环加成产物3aa。所得产物在稀盐酸作用下水解脱去二苯甲酮保护基，随后在氢溴酸/苯酚条件下进一步脱除对甲苯磺酰基，进而得到裸露氨基取代的苯并呋喃并氮杂卓化合物7，且ee值高达>99%（图3b）。
图3. 克量级反应及产物的转化
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
除此之外，作者还对反应的过渡态模型做了进一步的研究。在对反应中使用的配体L1的ee值与产物3aa的ee值之间的非线性关系考察时，发现反应中配体ee值与产物ee值之间呈正非线性关系，结合Trost课题组前期相关研究，作者提出该反应中存在ML2型催化活性络合物（图4a）。据此，作者提出了可能的过渡态模型用以解释反应中的立体选择性（图4b）。
图4. 反应过渡态研究
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
该成果近期以“Palladium-Catalyzed Asymmetric [4 + 3] Cyclization of Trimethylenemethane: Regio-, Diastereo-, and Enantioselective Construction of Benzofuro[3,2-b]azepine Skeletons”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.201909158）上，第一作者为刘飏子博士，通讯作者为邓卫平教授和杨武林博士（论文作者：Yang-Zi Liu, Zhongao Wang, Zesheng Huang, Xing Zheng, Wu-Lin Yang,* and Wei-Ping Deng*）。该项研究得到了国家自然科学基金（21772038），上海市青年科技英才扬帆计划（18YF140560），中国博士后科学基金（2018M632037）和教育部基本科研业务费探索研究基金等项目的资助。
需要指出的是，几乎同时，斯坦福大学的Trost教授和云南大学的邵志会教授也分别报道了类似的钯催化三亚甲基甲烷的不对称[4+3]环加成反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 10.1002/anie.201911537; Chin. J. Chem. 2019, 37, 10.1002/cjoc.201900430）。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
关于人物与科研
在科技元素在经济生活中日益受到重视的今天，中国迎来了“科学技术爆发的节点”。科技进步的背后是无数科学家的耕耘。在化学领域，在追求创新驱动的大背景下，国际合作加强，学成归国人员在研发领域的影响日益突出，国内涌现出众多非常优秀的课题组。为此，CBG资讯采取1+X报道机制，CBG资讯、ChemBeanGo
APP、ChemBeanGo官方微博、CBG微信订阅号等平台合力推出“人物与科研”栏目，走近国内颇具代表性的课题组，关注他们的研究，倾听他们的故事，记录他们的风采，发掘他们的科研精神。欢迎联系：editor@chembeango.com
●厦门大学叶龙武教授课题组：基于烯炔醚和异噁唑的不对称6π电环化反应
●南开大学汪清民教授课题组：光和有机小分子协同催化的醛的氘代反应
●华理田禾院士、马骧教授团队：具有近红外室温磷光发射的纯有机聚合物