在环状(烷基)(氨基)卡宾中融合中心手性和轴手性：实现钌催化不对称烯烃复分解反应高对映选择性的关键

《JACS Au》：Merging Central and Axial Chirality in Cyclic(alkyl)(amino)carbenes: The Keystone for High Enantioselectivities in Ru-Catalyzed Asymmetric Olefin Metathesis

高效手性CAAC-Ru催化体系及立体化学机制研究，开发38种含轴向C–N手性的CAAC Ruthenium络合物，在不对称环开交叉 metathesis中实现最高>99%ee和98%E/Z选择性，并通过DFT计算揭示轴向手性对反应选择性的关键作用。

　　在现代有机化学与催化反应研究中，手性配体的设计与应用是推动不对称合成反应效率和选择性提升的重要方向。本研究聚焦于一系列新型手性钌配合物，这些配合物含有环状（烷基）氨基卡宾（CAAC）配体，并且在轴向和中心位置均具有手性特征。通过这些配合物在不对称环开环交叉偶联反应（AROCM）和不对称环闭合烯炔偶联反应（ARCEYM）中的应用，研究人员成功实现了高对映选择性（高达>99% ee）以及优良的E/Z选择性（高达98%），从而为构建高对映富集的有机分子提供了重要工具。

CAAC配体的引入为不对称催化反应带来了新的可能性。相较于传统的氮杂环卡宾（NHC）配体，CAAC因其独特的α-季碳结构，具有更高的电子亲和性和供体能力，这使其在金属配合物中表现出更强的稳定性。在某些情况下，这种配体的结构还可以通过引入轴向手性进一步增强其对反应选择性的控制能力。本研究中，通过合成一系列具有轴向和中心手性结合的CAAC钌配合物，研究人员发现，这些配合物在催化反应中展现出显著优于传统结构的性能。特别是，其中的“Cis-Ru6b”配合物在AROCM反应中表现出优异的催化效率，不仅在对映选择性上达到>99% ee，同时在E/Z选择性上也实现了高达98:2的优异比例。

为了进一步提升这些配合物的催化性能，研究团队采用了一种高效的制备方法，即通过手性固相高效液相色谱（HPLC）对非对映异构体进行分离。这种方法不仅能够以较高的产率（超过98% ee）得到纯度极高的对映异构体，而且简化了复杂手性配体的合成流程，使得构建具有精确手性环境的催化剂成为可能。通过对这些配合物进行结构分析，研究团队发现，其立体结构对催化活性和选择性具有重要影响。例如，轴向手性配体的引入使得催化反应中的立体环境更加清晰，从而有效控制了反应路径的选择性。

在具体反应测试中，研究团队选择了多种具有代表性的底物，包括内型（endo）和外型（exo）的环戊二烯衍生物，以及环丙烯类化合物，用于评估这些新型配合物的催化能力。实验结果显示，这些CAAC钌配合物在多种反应条件下均表现出良好的催化活性。例如，在AROCM反应中，Cis-Ru6b配合物能够在0.1 mol%的催化剂量下，在4小时内完成反应，且对映选择性高达>99% ee，E/Z选择性也达到98:2。而在ARCEYM反应中，Cis-Ru7c配合物表现出卓越的性能，能够在-20 °C的低温条件下实现高达90% ee的对映选择性，同时保持较高的产率（50%）。

通过密度泛函理论（DFT）计算，研究团队进一步揭示了这些CAAC钌配合物在催化过程中对反应选择性的调控机制。计算结果表明，轴向和中心手性的结合在反应路径中起到了关键作用，特别是在过渡态的形成和选择性决定过程中。例如，在AROCM反应中，Cis-Ru6a配合物的合成路径与Trans-Ru6a配合物相比，其过渡态的能垒差异显著，从而影响了产物的对映选择性。而在ARCEYM反应中，Cis-Ru7c配合物的结构使得反应路径更加倾向于形成特定的对映异构体，其过渡态的能垒更低，因此能够更有效地控制产物的立体构型。

此外，研究团队还探讨了不同配体结构对反应选择性的影响。例如，当CAAC配体的氮杂环部分被不同的取代基修饰时，其对反应的E/Z选择性以及对映选择性会产生不同程度的影响。其中，一些结构的改变虽然提高了反应的产率，却导致了对映选择性的下降，这表明配体的立体环境在催化过程中起着至关重要的作用。相反，某些结构的调整则显著提升了对映选择性，例如通过引入spiro-indane基团，能够有效增强配合物的立体调控能力，从而在ARCEYM反应中实现更高的对映选择性。

在实验设计方面，研究团队通过改变反应条件，如溶剂种类、反应温度和催化剂浓度，进一步优化了反应的效率和选择性。例如，在使用2-Me-THF作为溶剂时，-20 °C的低温条件显著提高了对映选择性，同时保持了较高的产率。这种对反应条件的精细调控为实际应用中的反应优化提供了重要参考。

总的来说，这项研究不仅为不对称催化反应中的CAAC配体设计提供了新的思路，也为实际合成中构建具有高对映选择性的催化剂体系奠定了基础。通过结合轴向和中心手性，这些新型钌配合物在多个不对称反应中表现出卓越的性能，展现了其在有机合成中的巨大潜力。未来，随着对这些配合物的进一步研究，其在更广泛的不对称反应中的应用前景将更加广阔。