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Angew. Chem. :高通量實驗和機器學習輔助的銥催化硫葉立德交叉二聚反應2023-12-21
不對稱烯烴廣泛地存在于天然產物中并且在化學合成和材料等領域有著廣泛的應用,因此,一直以來不對稱取代烯烴的合成方法備受關注。迄今為止,經典的Wittig型反應和烯烴復分解仍然是快速構建C=C鍵的最重要方法。近幾年來,過渡金屬催化/光促進的重氮交叉偶聯反應已經成為構建不對稱烯烴的有效策略。然而,盡管取得了重大進展,但用于交叉偶聯反應的卡賓前體主要受限于供體-受體/受體重氮化合物,這些化合物具有爆炸性,難以制備,在某些情況下具有毒性,對空氣和水分敏感。因此,非常亟需開發具有高原子和步驟經濟性的有效方法,使用穩定易得的卡賓前體來用于不對稱烯烴的合成。

近年來,人工智能技術在化學反應預測方面取得了飛速發展,特別是在交叉偶聯反應領域也有了顯著的進展。在前期研究的基礎上,廣州國家實驗室廖礦標、蘇樂斌團隊運用高通量實驗和機器學習技術發展了一種銥催化硫葉立德交叉偶聯的新反應。該反應是第一例兩種亞砜硫葉立德間選擇性交叉偶聯的反應報道,不僅官能團兼容性好、底物適用范圍廣,且具有優異的化學選擇性與E/Z選擇性,為構建含酰胺、酮、酯和N-雜環官能團取代的不對稱E式烯烴提供了一種新穎簡便的方法。

 

 

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基于自主搭建的自動化高通量化學合成平臺,首先進行反應條件的高通量篩選,在最佳反應條件下,再利用自動化高通量和人工智能技術對反應的底物適用范圍進行考察。

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結果顯示,反應對于(雜)芳基、烷基、環烷基、吲哚、吡咯等其他氮雜環硫葉立德都能以較高選擇性得到E式不對稱烯烴,兼容鹵素、酯、腈、酮、硝基與氨基等重要官能團。

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基于高通量實驗收集到的大量標準化數據,建立了基于人工智能的反應預測模型(XGB-MAF)。預測模型可以預測新底物在該反應體系中的產率,減少試錯,降低使用門檻,促進該反應在有機合成中的應用。

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為了更深入的研究反應機理,通過一系列的控制實驗和結合理論計算揭示了反應的選擇性,在反應過程中,銥催化劑會先與酰胺基亞砜硫葉立德快速形成金屬銥卡賓,脫掉一分子DMSO,隨后β-酮羰基亞砜硫葉立德作為親核試劑,進攻金屬銥卡賓中心,釋放出另一分子DMSO,隨后C–Ir鍵的遷移導致了C=C鍵形成,最終得到E式產物,釋放銥催化劑,完成催化循環。

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總之,該工作通過自動化高通量與人工智能技術發展了一種銥催化硫葉立德選擇性交叉偶聯新反應,探索了反應的化學空間并建立了一個反應預測模型。

近年來,自動化與人工智能技術在化學合成領域的研究得到了越來越廣泛的關注。廖礦標團隊一直致力于實現化學合成自動化與智能化,曾多次將自動化與人工智能技術應用于新型合成方法學開發。此項工作再次有力地證明了自動化與人工智能技術在發現新反應方面所擁有的廣闊應用前景。

文信息

High-Throughput Experimentation and Machine Learning-Assisted Optimization of Iridium-Catalyzed Cross-Dimerization of Sulfoxonium Ylides

Yougen Xu,??Yadong Gao,??Lebin Su,* Haiting Wu, Hao Tian, Majian Zeng, Chunqiu Xu, Xinwei Zhu, and Kuangbiao Liao*

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202313638

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