手性锰配合物催化螺环C-H键的不对称氧化反应

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生物酶可活化氧气并实现烃类化合物的高效选择性氧化，如甲烷单加氧酶可在温和条件下实现甲烷C-H键的定向氧化。而在有机合成化学中，烷烃C-H键的选择性氧化是一个具有挑战性的课题，尤其是C-H键的不对称选择氧化反应。受酶催化反应的启发，模拟生物酶的活性中心结构，发展小分子金属配合物催化剂已成为实现烃类化合物高效氧化反应的有效途径。

最近，中国科学院兰州化学物理研究所的孙伟研究员团队在此前发展的烯烃仿生不对称环氧化工作的基础上，选取全碳螺环化合物作为底物，利用天然脯氨酸衍生的(S-PEB)Mn(OTf)2作为催化剂，以双氧水作为氧化剂，2,2-二甲基丁酸作为添加剂实现了这类底物的对映选择性氧化，可获得一系列手性螺环β,β′-二酮衍生物，其分离收率可高达94%，对映选择性最高为98% ee。该催化体系表现出良好的底物适用性，代表性的例子如下图所示。该反应不仅适用于四氢萘酮、茚酮骨架的螺环化合物，无论在苯环引入甲基、甲氧基还是卤素，反应都能以较好的收率和对映选择性得到相应的目标产物。该方法同样也适用于色满酮杂原子螺环化合物。此外，该反应可实现克量级规模的合成，二酮产物也可通过简单的转化获得高对映选择性的手性二醇，进一步为这类手性螺环化合物的应用奠定基础。

此外，他们对反应的机理也进行了探究，通过控制实验条件，可获得反应过程中的手性醇中间体，确定了氧化过程是经过手性醇的进一步氧化得到手性二酮；通过分子间的KIE实验确定了亚甲基C-H键的攫氢过程是反应的决速步，并涉及“氧反弹”机理。该仿生催化氧化体系的成功构建为螺环化合物的不对称合成提供了一种有效的方法。

该论文作者为：Bin Qiu, Daqian Xu, Qiangsheng Sun, Chengxia Miao, Yong-Min Lee, Xiao-Xi Li, Wonwoo Nam and Wei Sun

Highly Enantioselective Oxidation of Spirocyclic Hydrocarbons by Bioinspired Manganese Catalysts and Hydrogen Peroxide

ACS Catalysis, 2018, 8, 2479, DOI: 10.1021/acscatal.7b03601