第一作者：Liang Ge, Huan Zhou, Mong-Feng Chiou
通訊作者：鮑紅麗、張欣豪
通訊作者單位：福建物質結構研究所、北京大學
烯烴的碳疊氮化是將烴類分子直接合成含氮有機分子的有效方法，生成的含疊氮基有機分子在醫藥、材料學領域應用廣泛，雖然目前碳疊氮化反應正快速發展，基于不對稱自由基過程的碳疊氮化反應仍有較大挑戰.
有鑒于此，福建物質結構研究所鮑紅麗、北京大學深圳研究生院張欣豪等報道了一種自由基不對稱碳疊氮化反應，通過鐵催化官能團轉移方法，從工業化學品出發實現了合成手性含鹵有機疊氮分子，作者通過機理研究驗證該反應通過自由基過程實現,該研究發現為發展對映選擇性自由基反應提供經驗和指導。
圖1. Fe催化弱相互作用手性催化
困難和挑戰
自由基物種無法通過共價、配位、離子、氫鍵等傳統的中等/強相互作用控制立體結構方法，導致自由基催化過程中的立體結構難以控制。
自由基疊氮化反應速率非常快，因此需要快速在疊氮反應完成前識別手性，當催化劑和底物自由基物種之間沒有相互作用時該過程更難以實現。
圖2. 碳自由基疊氮化反應中的選擇性問題
設計理念
作者發現通過將疊氮官能團限域在催化劑的剛性手征空間配體，能夠提高M-N3物種中間體的壽命，在疊氮反應中實現選擇性（通過π鍵相互作用、van der Waals相互作用弱相互作用能）。
圖3. Fe催化烯烴碳疊氮雙官能團化反應條件篩選
通過三齒NON螯合物配體控制弱相互作用，這種螯合物配體中含有準大環結構，其中的平面芳基能夠與底物產生相互作用，兩個芳基保護疊氮官能團/控制疊氮反應的位點選擇性。通過對配體中的立體結構進行控制，增加螯合配體中的立體位阻，改善反應立體選擇性。
以1倍量苯乙烯（1）、1.5倍量TMSN3（2）、1.5倍量CBr4（3）作為底物，在1 mol % Fe(OTf)2/1.5 mol % 配體L3（HAIXI-tBu）作為催化劑體系的過程中，加入2倍量過氧化十二烷酰（LPO），在乙醚中N2保護中室溫反應，以82 %的收率和94:6的e.r.得到目標產物。
催化反應機理
該反應首先通過碳自由基向烯烴底物的雙鍵加成，隨后Fe(III)-N3中的N3官能團轉移到芐基自由基上，通過van der Waals作用和Fe/手性NON螯合配體形成的剛性手性空間π鍵相互作用實現對自由基的立體結構控制。該過程通過弱相互作用實現了對立體選擇性的控制。
圖4. 催化反應機理
通過HRMS方法表征了關鍵中間體物種，在此基礎上提出了反應機理。鐵催化劑A Fe(NON)X2 (X=OTf, OCOC11H23)首先通過和TMSN3進行配體交換，生成中間體B Fe(NON)XN3，同時生成TMSX。在酰基過氧化物LPO和B之間通過單電子轉移，生成關鍵中間體物種Fe(III)-N3 C，同時酰基過氧化物生成烷基自由基D，隨后D抓取烷基碘化物中的碘，生成氟烷烴自由基E和苯乙烯分子加成，得到芐基自由基物種F,通過FeIII-N3和芐基自由基F的偶聯生成產物。
參考文獻
Liang Ge, Huan Zhou, Mong-Feng Chiou, Heming Jiang, Wujun Jian, Changqing Ye, Xiaoyan Li, Xiaotao Zhu, Haigen Xiong, Yajun Li?, Lijuan Song, Xinhao Zhang*?and Hongli Bao?*.Iron-catalysed asymmetric carboazidation of styrenes, Nat. Catal. 2020
DOI: 10.1038/s41929-020-00551-4
https://www.nature.com/articles/s41929-020-00551-4
