Stille交叉偶联反应自20世纪七十年代问世以来,由于其独特的反应活性、优异的化学和立体选择性,在经典交叉偶联反应中占据着重要地位,成为制备复杂天然产物和高度官能化分子的关键步骤和构建复杂分子C - C键的常用策略之一。经过几十年的发展,Stille交叉偶联反应取得了显著进展,覆盖了反应条件的优化、立体专一性条件的探索和反应机理的阐明。然而,尽管取得了很多成就,Stille交叉偶联仍存在一些重要的局限,例如贵金属和配体的使用,需要各种当量的添加剂(如铜盐和碱),缓慢的反应速率和相对较高的反应温度。特别值得关注的是,立体选择性地构建C - C键完全需要依赖手性锡试剂原料。这些不足阻碍了该反应的更绿色发展。因此,亟需开发一种更加绿色、温和且具有高立体选择性的Stille交叉偶联反应。
面对上述挑战,上海交通大学教育部变革性分子前沿科学中心朱峰课题组、中国科学院上海有机化学研究所薛小松课题组和上海交通大学医学院附属仁济医院朱利娟副研究员共同合作,首次报道了光氧化还原镍催化的Stille交叉偶联反应。该反应巧妙地采用单电子转金属化的策略,克服了锡试剂和镍催化剂转金属化的壁垒,实现了在温和条件下光/镍协同催化的Stille交叉偶联反应。该方法无需额外的铜盐或强碱,并可应用于对映选择性的Stille交叉偶联反应。
在最优条件下,研究人员对丙氨酸烷基笼状锡试剂(AlaSn)及其衍生物对(杂)芳基溴和硫酯的适用范围进行了系统考察,均能以中等至优秀产率获得目标产物。这一策略对复杂分子,如生物活性分子和药物分子等底物都能表现出良好的兼容。通过光/镍协同催化策略,实现了烷基锡试剂的单电子转金属化,成功合成了一系列丙氨酸衍生的非天然氨基酸,寡肽和糖氨基酸分子。
最重要的是,利用光/镍协同催化烷基锡试剂的单电子转金属化策略,在手性配体促进下,成功实现了首例镍催化烷基锡试剂参与的立体收敛C-C 交叉偶联反应,以良好至优秀的对应选择性合成一系列手性胺类化合物。
通过DFT理论计算发现,在手性配体L14条件下,过渡态TS3'-R比TS3'-S低2.9 kcal/mol, 这使得还原消除得到6a更为有利。最后,作者提出反应机理可能遵循Ni ( I ) / Ni ( III ) / Ni ( I ) / Ni ( II ) 的催化循环,其中涉及烷基锡试剂参与的单电子转金属化这一关键步骤。
综上,该论文报道了首例光氧化还原镍催化的Stille交叉偶联反应,通过烷基锡试剂在光/镍协同催化下的单电子转金属化过程,成功克服了烷基锡试剂和镍催化剂的转金属化壁垒,实现了烷基锡试剂在温和条件下的顺利转化以及高对映选择性的反应。该策略的提出为Stille反应带来了创新性的研究思路,是对Stille反应研究的重要补充,将极大地推动Stille反应进一步的发展。