对映体跟着Nature来探索SN1反应在对映体选择催化中的奥秘

作者简介

埃里克·雅各布森(Eric Jacobsen)于1993年加入哈佛大学担任教授，2001年被任命为谢尔登·埃默里(Sheldon Emory)有机化学教授，2010年至2015年担任化学与化学生物学系主任。他指导一个由20名研究生和博士后组成的团队发现有用的催化反应，并应用最先进的设备和计算技术来分析这些反应。他的实验室开发的几种催化剂已在工业和学术界得到广泛应用。埃里克的系统机理分析有助于揭示催化剂设计的一般原理，包括选择性电子调节、氢键给体的不对称催化和阴离子结合催化，在催化和有机领域做出了巨大贡献

从埃里克教授的照片中我们可以发现，其实聪明并不一定是“极端”~ ~

接下来全是干货！！！

单分子亲核取代反应(SN1)的机理在每一门有机化学入门课程中都占有突出的地位。原则上，亲核试剂可以通过逐渐用碳正离子中间体取代离去基团来构建高度密集的碳中心。然而，碳正离子中间体固有的不稳定性和高反应性使得难以控制反应中的产物分布和立体选择性。

SN1型反应机理的不对称催化，导致从外消旋前体到四元立体中心的对映异构体的构建。转化依赖于手性氢键给体催化剂和强路易斯酸促进剂的协同作用，从而在低温下促进叔碳正离子中间体的形成，实现对反应对映选择性和产物分布的高水平控制。该工作为对映聚合合成奠定了基础。

SN1反应简介，熟悉有机的朋友肯定不陌生！

SN1，即单分子亲核取代，是一种亲核取代反应，其中S代表取代，N代表亲核，1代表参与反应的分子。

Sn1反应的机理是逐步进行的。反应物首先离解成碳正离子和带负电荷的离去基团。这个过程需要能量，并且是控制反应速率的缓慢步骤。当分子解离时，碳正离子会立即与亲核试剂结合，这是一个快速的步骤。SN1的反应速率只与一种反应物有关，为动力学一级反应。

之前已经介绍过对映选择性。如果你不明白它的重要性，你可以翻翻我们以前的报告。

接下来，我们来介绍一下这部作品！

复杂的3D分子在日常生活中无处不在，功能从高性能材料到智能药物都有。正如3D形状通常反映宏观尺度的功能，它们也决定微观行为。在设计3D分子应用时，化学家必须开发合成路线，以确保每个原子在最终产品中保持其位置和空形状。然而，即使达到这样的精确度，一些分子也可以作为镜像异构体(对映异构体)产生，它们的性质可能有很大的不同，影响它们在应用中的使用。

丰富的合成方法库可以以高度可预测的方式提供给分子的合成和制备过程。这些过程称为SN1或SN2反应，对富电子物质(亲核体)和缺电子物质(亲电体)有共同的要求。然而，这两种反应类型是通过不同的机理进行的。

图1四元立体中心可控对映体的制备方法

A.使用立体化学中定义的手性底物，合成含有四元立体中心的分子的传统方法

B.构建四维中心的SN1方法。

C.手性季胺催化剂和TMSOTf被用作炔丙基乙酸酯对映选择性烯丙基化的促进剂。LG，离团；Np，萘基；TMS，三甲硅基。

这些方法中的每一种都依赖于在前手性底物上添加对映体(图1a)，因此有必要制备立体明确的原料(如三取代烯烃)和随后的对映选择性键形成。分步亲核取代反应可以通过前手性碳正离子中间体提供具有四元立体中心和对映选择性合成的化合物，是一种有效的互补策略。与上述合成方法不同，SN1构建的四元立体中心是立体结构，因此容易获得的外消旋化合物可以用作底物(图1b)。催化体系必须满足三个条件:(1)生成活性叔碳阳离子中间体；(b)尽量减少不希望的消除和重排过程；和(c)当向高能阳离子中间体中加入碳中心亲核试剂时，应用对映选择性控制。

图2炔丙基乙酸酯的不对称烯丙基化

A.反应物的选择，根据不同的化学基团和空构型来了解反应因素

公元前σ+值哈米特图。

d、计算芳香环极化率的线性自由能图

E.空之间的结构配置图

根据乙酸叔炔酯的一系列反应及相关的初步信息，探讨了对映选择性取代反应的机理。观察线性自由能依赖性(ρ+)。结果表明，在速率依赖的瞬态过程中正电荷的积累符合SN1电离机制。该反应的对映选择性强烈响应底物芳基部分取代基和位置的变化。反应位点的空位阻对反应的选择性也有一定的影响。

接下来，进一步探索机理！！！

图3动力学数据和催化循环

a2b与烯丙基三甲基硅烷反应过程的动力学分析

B.炔丙基乙酸酯对映选择性烯丙基化的可能催化机理

本文以代表性的乙酸炔丙酯为底物，研究了季胺1a促进的烯丙基三甲基硅烷与TMSOTf的反应机理，并了解了潜在的催化机理。2b在不同的初始浓度下反应。当烯丙基三甲基硅烷的浓度相同时，产生良好的图形叠加动力学数据(图3a)，这表明在反应过程中没有发生催化剂分解或产物抑制。反应在2b的不同初始浓度下进行。此时，烯丙基三甲基硅烷的浓度相同，这产生了良好的图形叠加动力学数据(图3a)，表明在反应过程中没有发生催化剂分解或产物抑制。这些动力学发现与分步反应机制一致，其中底物碳氧裂解是转化受限的，亲核试剂加成发生在转化受限的步骤中(图3b)。动力学研究进一步揭示了反应速率对TMSOTf浓度的依赖性，以及反应速率对1a浓度的依赖性。据观察，在非催化反应条件下获得最佳的对映选择性是非常有趣的，值得进一步研究。这些实验的结果与立体定向机制一致，即通过非手性碳正离子中间体的对映选择性过程。相反，可以排除动态动力学分解途径，其中2f经历快速外消旋化，一种对映体优先经历立体特异性取代。

图4烯丙基化后限速机理的研究