南开大学程津培院士和薛小松副教授团队：芳基碘催化烯烃不
对称偕二氟化反应的机理和手性控制的理论研究
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近日，南开大学程津培院士和薛小松副教授团队在高价碘催化烯
烃不对称偕二氟化反应的机理研究方面取得重要进展，研究成果以“Mechanism and Origins of Chemo- and Stereoselectivities of Aryl Iodide-Catalyzed Asymmetric Difluorinations of β-Substituted Styrenes”为题发表于化学类顶级期刊J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.8b05935）。
由于二氟甲基官能团可作为羟基和硫醇的生物电子等排体和亲脂性氢键供体，因此对于生物活性分子合成来讲，不对称地引入二氟甲基具有重要意义。2016年，哈佛大学Eric N. Jacobsen教授团队巧妙地利用手性芳基碘催化策略，在温和条件下，高效、高选择性地构筑了含有二氟甲基的季碳手性中心（图1, Science 2016, 353, 51）。值得注意的是，高价碘催化不对称转化，一直以来是高价碘化学中最具挑战的研究课题之一。制约该领域发展的关键问题是相关反应机理的模糊以及对于手性控制机制的理解缺失。
图1. 手性芳基碘催化构筑含有二氟甲基的季碳手性中心 （来源：Science 2016, 353, 51）
2016年课题组通过DFT计算，对路易斯酸活化环状高价碘试剂介导的苯乙烯端位偕二氟化反应进行了机理研究，发现了该试剂的一种新的路易斯酸活化模型（Org. Lett. 2016, 18, 6128）。在前期研究基础之上，课题组与美国加利福尼亚大学洛杉矶分校K. N. Houk教授、哈佛大学Eric N. Jacobsen教授合作，对Jacobsen的手性芳基碘催化苯乙烯衍生物的不对称偕二氟化反应的机理和手性控制机制进行了深入的理论研究。该研究工作详细考察了该反应的反应机理，包括催化剂的各种可能活化机制、二氟甲基官能团如何形成等。最为重要的是，他们提出了一个适用于理解和预测C2对称的高价碘催化烯烃双官能团化反应的手性控制模型（图2）。
图2. 手性控制模型
（来源：J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.8b05935）
在该模型中，催化剂的手性口袋通过π···π、C–H···O、C–H···π作用实现对底物（苯乙烯衍生物）的包裹和潜手性面的识别。在有利的
过渡态中，底物的Si-面通过烯烃的π电子云与催化剂的亲电活性中心I+络合，此时底物与催化剂的手性口袋较好吻合，底物的烯烃双键与催化剂的C-I键采用Spiro构象。相反，在不利的过渡态中，底物的
Re-面与催化剂的I+络合，此时底物的苯基与催化剂的手性臂之间将存
在明显排斥。为避免排斥，只能通过旋转，采用具有扭转应力Periplanar构象。该模型可很好地解释和预测实验中观察到的催化剂和底物的取代基效应。并且，该模型的提出是理解C2对称手性芳基碘催化的对映选择性烯烃双官能化反应的一个重要起点。
该课题组二年级博士生周碧莹为该论文第一作者，薛小松副教授和K. N. Houk教授为论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基
金委和南开大学的资助。
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