不對稱催化構(gòu)建軸手性化合物的研究進(jìn)展

馬秀娟 時(shí)茜

摘 ?????要：多數(shù)具有重要生理活性的天然產(chǎn)物和手性藥物分子中都含具有軸手性骨架，研究如何構(gòu)建具有軸手性化合物并將其應(yīng)用于手性藥物及天然產(chǎn)物的高效合成具有十分重大的實(shí)際意義。對聯(lián)芳基、雜聯(lián)芳基以及其他類型的軸手性化合物的研究進(jìn)展進(jìn)行了討論，并對軸手性化合物的不對稱催化合成策略作了重點(diǎn)介紹，同時(shí)舉例說明所得軸手性化合物的潛在應(yīng)用價(jià)值。

關(guān) ?鍵 ?詞：軸手性化合物；不對稱催化；合成方法

中圖分類號：O621.3+4 ????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ????文章編號： 1004-0935（2024）05-0765-03

手性是指不能與鏡像重疊的立體結(jié)構(gòu)^[1-3]，而軸手性化合物是一種常被忽視的手性類型，這是因?yàn)閲@手性軸的旋轉(zhuǎn)受到強(qiáng)烈阻礙，并且單個(gè)軸手性形式在構(gòu)型上是穩(wěn)定的^[4]，在每個(gè)鄰位具有大空間位阻基團(tuán)的聯(lián)苯衍生物就是典型的例子^[5-6]。軸手性化合物是原則上可以熱平衡的對映異構(gòu)體或非對映異構(gòu)體，空間位阻是影響互變半衰期的重要因素。當(dāng)旋轉(zhuǎn)空間位阻足夠大時(shí)，對映異構(gòu)體是穩(wěn)定的，并且可以作為單獨(dú)的光學(xué)異構(gòu)存在多年^[7]。

1 ?軸手性化合物在藥物合成中的應(yīng)用

1.1 ?軸手性化合物的分類

大多數(shù)典型的軸手性化合物具有2個(gè)連接的全碳芳香單元，被定義為聯(lián)芳基軸手性化合物^[8]。許多含有聯(lián)芳基的天然產(chǎn)物曾被報(bào)道，例如，從剛果的Ancistrocladus物種的葉子中分離出的具有抗瘧原蟲活性的Mbandakamines是萘異喹啉生物堿的二聚體^[9]。除了經(jīng)典的軸手性聯(lián)芳基化合物之外，含有受阻的單鍵化合物，如C—CO、C—N和C—B，由于具有足夠的空間位阻，也可以產(chǎn)生軸手性化合物^[10-11]。其他類型軸手性化合物以旋轉(zhuǎn)受限的C（SP²）—N鍵為特征，其中氮原子不構(gòu)成雜芳烴，在芳香酰胺或芳基烯烴化合物中可以觀察到含有手性的其他軸手性化合物^[12]。

1.2 ?軸手性化合物在藥物合成中的應(yīng)用

轉(zhuǎn)染期間重排（RET）激酶是一種與許多癌癥相關(guān)的跨膜酪氨酸激酶受體，SMITH^[13]等設(shè)計(jì)了一系列有軸手性的吡咯并嘧啶靶向RET激酶，根據(jù)與RET的結(jié)合模型，該產(chǎn)物的S型異構(gòu)體相較于R型在更大程度上抑制了RET激酶。對神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有治療活性的軸手性化合物，如基于5-羥基三唑并苯并氮雜骨架的化合物，該化合物的R軸手性的異構(gòu)體深受人類加壓素受體的偏好。用于其他疾病和病癥（如瘧原蟲感染、糖尿病和各種慢性疼痛綜合征）的潛在藥物也含軸手性結(jié)構(gòu)，萘異喹啉生物堿是具有抗瘧原蟲活性的天然物質(zhì)，它的非對映選擇性S異構(gòu)體顯示出對NF54菌株的抗瘧疾活性^[14-16]。

2 ?不對稱催化構(gòu)建軸手性化合物

2.1 ?聯(lián)芳基軸手性化合物的構(gòu)建

過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)所導(dǎo)致芳基-芳基鍵的立體選擇性形成是聯(lián)芳基軸手性化合物合成的一種被廣泛認(rèn)可的方法。KUMADA在一份早期報(bào)告中論證了這種方法的可行性，HAYASHI和ITO使用單齒二茂鐵膦配體對該反應(yīng)進(jìn)行了改進(jìn)，以在聯(lián)萘中實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的對映體過量^[17]。由于在Kumada和Negishi型反應(yīng)中有機(jī)金屬試劑對空氣和水分的敏感性以及低官能團(tuán)耐受性，鈴木反應(yīng)在這些反應(yīng)中脫穎而出，當(dāng)Buchwald和Cammidge^[18]分別利用（S）-KenPhos和二茂鐵衍生的膦公開了聯(lián)芳基膦酸酯和聯(lián)萘的不對稱結(jié)構(gòu)時(shí)，提出了立體選擇性變體，在聯(lián)芳基體系中賦予空間擁擠性需要至少3個(gè)鄰位取代基。隨后的研究方向轉(zhuǎn)移至努力解決這種空間障礙上，同時(shí)通過更強(qiáng)大的催化劑系統(tǒng)擴(kuò)大底物容量^[19]。

脫氫交叉偶聯(lián)也是聯(lián)芳基化合物合成途徑之?一^[20-21]。不對稱直接氧化偶聯(lián)是獲得對映體純的1，1-聯(lián)-2萘酚的最有效途徑，并得到最有效的原子效益，使用手性金屬催化劑如銅、釩、鐵和釕建立了許多穩(wěn)定的均相偶聯(lián)方案。盡管衍生自對稱聯(lián)萘酚類似物的配體或催化劑可以在不對稱誘導(dǎo)方面補(bǔ)充對稱同系物，但不同的2-萘酚衍生物的直接交叉偶聯(lián)面臨化學(xué)選擇性挑戰(zhàn)。在這方面，KATSUKI幸運(yùn)地證明了使用鐵絡(luò)合物的3-取代-2-萘酚和6-取代-2-萘酚的氧化雜偶聯(lián)^[22]，該方案產(chǎn)率適中，對映選擇性高達(dá)95%。

2.2 ?含雜原子的聯(lián)芳基軸手性化合物的構(gòu)建

TAN^[23]等通過計(jì)算進(jìn)一步確認(rèn)亞硝基是萘的一種明智的活化劑和導(dǎo)向基團(tuán)。CPA催化劑的吲哚??2-萘酚的親核芳香取代反應(yīng)更易獲得軸手性芳基吲哚框架和優(yōu)異NOBIN結(jié)構(gòu)。該小組成員通過偶氮萘在C3位置與帶有大取代基的咔唑或吲哚的不對稱選擇性C—H胺化，進(jìn)一步構(gòu)建了萘基咔唑和N-芳基吲哚的單軸手性化合物。

為了組裝對映體富集的多取代4-芳基喹啉，??2-氨基芳基酮與α-亞甲基羰基之間的不對稱Friedla?nder雜環(huán)反應(yīng)，CHENG^[24]等建立了CPA催化下的衍生物，CPA與烯胺中間體形成雙重氫鍵相互作用，從而產(chǎn)生光學(xué)活性二氫喹啉中間體。JIANG報(bào)道了使用不同于乙酰丙酮CPA和更有限類別的2-氨基芳基酮底物的相同轉(zhuǎn)化^[25]，喹啉軸手性化合物在反應(yīng)溫度高達(dá)120 ℃的情況下以高對映選擇性被合成。

2.3 ?其他軸手性化合物的構(gòu)建

TAN^[26]等從CPA催化的雙組分成環(huán)反應(yīng)中得到N-芳基喹唑啉酮軸手性芳基化合物，N-芳基鄰氨基苯甲酰胺與醛和4-甲氧基戊烯酮生成亞胺，其中CPA催化形成立體選擇性N，N-縮醛胺，產(chǎn)生對映體富集的二氫喹啉酮。CHENG公開了雙辛納堿催化的不對稱N-烯丙基烷基化反應(yīng)的條件，以使預(yù)形成的酰苯胺在高效、不對稱選擇性和順/反選擇性方面能夠得到多種軸手性化合物。

GUSTAFSON等設(shè)計(jì)了N-芳基醌類化合物作為帶有2個(gè)潛在立體軸的二芳基胺化合物^[6]，N-芳基萘醌類底物呈現(xiàn)平面向“外”的構(gòu)象，形成了絕妙的五元分子內(nèi)N—H₂O氫鍵結(jié)構(gòu)，這鎖定了醌型氮軸，并將雙軸系統(tǒng)簡化為單軸模型，從而在CPA催化的反相選擇性親電C—H鹵化反應(yīng)中獲得高的非對映選擇性。這些新型軸手性化合物在質(zhì)子溶劑中的軸穩(wěn)定性進(jìn)一步解釋了它們在藥物化學(xué)中的相?關(guān)性。

3 ?總結(jié)與展望

軸手性化合物越來越多地出現(xiàn)在化學(xué)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中，例如在催化、材料和藥物科學(xué)中，這很大程度上要?dú)w功于不對稱選擇性合成中有機(jī)催化的發(fā)展。隨著對不對稱選擇性合成的熟練程度的提高，利用催化劑從同一底物中獲得不對稱軸手性系統(tǒng)的所有可能的軸手性化合物的能力顯得越發(fā)重要，這在藥物化學(xué)中的生物評價(jià)或者在為手性誘導(dǎo)和功能材料的開發(fā)提供新的軸手性化合物及其結(jié)構(gòu)拓展方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值，期望能夠開發(fā)更高效的催化體系來合成系列軸手性化合物。

參考文獻(xiàn)：

[1] ZHAO Q R，?JIANG?R，?YOU?S?L. Ir-catalyzed sequential asymmetric allylic substitution/olefin isomerization for the synthesis of axially chiral compounds[J]. Acta Chim. Sinica， 2021， 79（9）： 1107-1112.

[2] ZHANG J，?TAN B. Catalytic asymmetric borylation to construct axially chiral arylborons[J]. Chinese J. Org. Chem.， 2021， 41（9）： 3742-3744.

[3] CHEN S H， LI Y M， PENG B R， et al. Research progress of aggregation-caused quenching （acq） to aggregation-induced emission （aie） transformation based on organic small molecules[J].?Chinese J. Org. Chem.， 2022， 42（6）： 1651-1666.

[4] TOENJES S T，?GUSTAFSON?J L. Atropisomerism in medicinal chemistry： Challenges and opportunities[J]. Future. Med. Chem.， 2018， 10（4）： 409-422.

[5] TOENJES S T，?GARCIA?V， MADDOX S M， et al. Leveraging atropisomerism to obtain a selective inhibitor of ret kinase with secondary activities toward EGFR mutants[J]. ACS Chem. Biol.， 2019， 14（9）： 1930-1939.

[6] VAIDYA S D，?TOENJES?S T， YAMAMOTO N， et al. Catalytic atroposelective synthesis of n-aryl quinoid compounds[J].?J. Am. Chem. Soc.， 2020， 142（5）： 2198-2203.

[7] GE R， WANG H F， GU S?X. Methods and application of absolute configuration assignment for chiral compounds[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry， 2022， 42（2）： 424-433.

[8] KITAGAWA O. Chiral pd-catalyzed enantioselective syntheses of various N–C axially chiral compounds and their synthetic applications[J]. Accounts of Chemical Research， 2021， 54（3）： 719-730.

[9] Liu J?F， GONG Y， YANG J， et al. Advance on alkaloids of<italic> lycium</italic> genus[J]. Chinese Science Bulletin， 2022， 67（4-5）： 332-350.

[10] MAZZANTI A， BOFFA M， MAROTTA E，?et al. Axial chirality at the boron-carbon bond： Synthesis， stereodynamic analysis， and atropisomeric resolution of 6-aryl-5，6-dihydrodibenzo[c，e][1，2]?azaborinines?[J]. J. Org. Chem.， 2019， 84（19）： 12253-12258.

[11] HIRSCH D R，?METRANO?A J， STONE E A， et al. Troponoid atropisomerism： Studies on the configurational stability of tropone-?amide chiral axes[J]. Org. Lett.， 2019， 21（7）： 2412-2415.

[12] MEI G?J， KOAY W L，?GUAN?C?Y， et al. Atropisomers beyond the C–C?axial chirality： advances in catalytic asymmetric synthesis[J]. Chem， 2022， 8（7）： 1855-1893.

[13] SMITH D E，?MARQUEZ?I，?LOKENSGARD?M E， et al. Exploiting atropisomerism to increase the target selectivity of kinase inhibitors[J]. Angew. Chem. Int. Ed.， 2015， 54（40）： 11754-11759.

[14] BASILAIA M， CHEN M H， SECKA J， et al. Atropisomerism in the pharmaceutically relevant realm[J]. Accounts of Chemical Research， 2022， 55（20）： 2904-2919.

[15] REYES E， PRIETO L，?MILELLI?A. Asymmetric organocatalysis： A survival guide to medicinal chemists[J]. Molecules， 2022， 28（1）：271.

[16] XU B， SHI X， LIU X， et al. Construction of chiral cyclic compounds enabled by enantioselective photocatalysis[J]. Molecules， 2022， 27（2）：?359.

[17] HAYASHI T， HAYASHIZAKI K， KIYOI T， et al. Asymmetric synthesis catalyzed by chiral ferrocenylphosphine-transition-metal complexes. 6. Practical asymmetric synthesis of 1，1'-binaphthyls via asymmetric cross-coupling with a chiral [（alkoxyalkyl）ferrocenyl]monopho- sphine/nickel catalyst[J]. J. Am. Chem. Soc.， 1988， 110（24）： 8153-8156.

[18] CAMMIDGE A N，?CR?PY?K V L. The first asymmetric suzuki cross-coupling reaction[J]. Chem. Commun.， 2000（18）： 1723-1724.

[19] WENCEL-DELORD J，?PANOSSIAN?A，?LEROUX?F R， et al. Recent advances and new concepts for the synthesis of axially stereoenriched biaryls[J]. Chemical Society Reviews， 2015， 44（11）： 3418-3430.

[20] KONG Y?L， YE F?X， WENG J?Q. Recent advances in visible-light-induced cross dehydrogenation coupling reaction under transition metal-free conditions[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry， 2019， 39（11）： 3065-3083.

[21] WU Y?X， HUANG M?H， PENG K， et al. One-pot synthesis of benzoazole-substituted thioenamines via a cross dehydrogenation coupling （CDC） reaction[J]. The Journal of Organic Chemistry， 2022， 87（5）： 2446-2455.

[22] EGAMI H， MATSUMOTO K，?OGUMA?T， et al. Enantioenriched synthesis of c1-symmetric binols： iron-catalyzed cross-coupling of 2-naphthols and some mechanistic insight[J].?J. Am. Chem. Soc.， 2010， 132（39）： 13633-13635.

[23] XIA W， AN Q?J， XIANG S?H， et al. Chiral phosphoric acid catalyzed atroposelective C?H?amination of arenes[J]. Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59（17）： 6775-6779.

[24] SHAO Y?D，?DONG?M?M， WANG Y?A， et al. Organocatalytic atroposelective friedl?nder quinoline heteroannulation[J]. Org. Lett.， 2019， 21（12）： 4831-4836.

[25] BISAG G?D， PECORARI D， MAZZANTI A， et al. Central-to-axial chirality conversion approach designed on organocatalytic enantio- selective povarov cycloadditions： First access to configurationally stable indole-quinoline atropisomers[J]. Chem. Eur. J.， 2019， 25（68）： 15694-15701.

[26] WANG Y?B，?ZHENG?S?C，?HU?Y?M， et al. Br?nsted acid-catalysed enantioselective construction of axially chiral arylquinazolinones[J]. Nat. Commun.， 2017， 8（1）： 15489.

Research Progress in Asymmetric Catalytic Construction

of Axially Chiral Compounds

MA Xiujuan， SHI Qian*

（College of Chemistry and Material Engineering， Wenzhou University， Wenzhou Zhejiang 325035， China）

Abstract：??Most of the natural products and chiral drug molecules with important physiological activities contain axial chiral skeletons， and it is of great practical significance to study how to construct axial chiral compounds and apply them to the efficient synthesis of chiral drugs and natural products. In this paper， the research progress of biaryl， heteroaryl， and other types of axial chiral compounds was discussed， and the asymmetric catalytic synthesis strategies of axial chiral compounds were introduced， and the potential application value of the obtained axial chiral compounds was illustrated by examples.

Key words：??Axially chiral compounds; Asymmetric catalysis; Synthesis method

收稿日期： 2023-03-18

作者簡介： 馬秀娟（1998-），女，新疆自治區(qū)烏魯木齊市人，碩士，?2023年畢業(yè)于溫州大學(xué)化學(xué)專業(yè)，研究方向：有機(jī)化學(xué)。

通信作者： 時(shí)茜，女，教授，研究方向：功能配位化學(xué)。