含有N-芳基骨架的有机分子广泛存在于天然产物，药物，农用化学品和功能材料中。近年来，这些结构中，具有高三重态能量和竞争性空穴传输能力的N-芳基咔唑已成为OLED使用最广泛的主体材料之一，如下结构：
该领域的快速发展引发了对结构新颖的N-芳基咔唑特别是那些带有不同手性元素的N-芳基咔唑的不断探索。因此，不对称催化合成这类分子引起了人们的兴趣。常规的过渡金属催化的N-芳基化方案（例如Ullmann，Buchwald-Hartwig和Chan-Lam-Evans偶联反应）已成为C-N键形成过程中必不可少的策略。
但是，芳烃底物的预官能团化和多余废物的产生大大影响了反应的效率。为了克服这些缺点，使用高价碘或过渡金属作为引发剂相继开发了一系列基于芳烃氧化胺化反应的策略。
胺-芳烃偶联通过新型光催化和尼斯维奇小组（Science 2015, 349, 1326– 1330. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139,11288 – 11299）和阿克曼（Angew.Chem. Int. Ed.
2018, 57, 5090 – 5094）小组发展了电催化(Nat. Commun. 2017, 8, 14226)得到了进一步的完善。尽管上面已经报道了很多方法，但是较窄的底物范围仍限制了它们的应用，苛刻的反应条件不利于对映选择性的控制。另外，由于芳环的低活性，用氮亲核试剂进行有机小分子催化对映选择性芳烃碳氢胺化仍然比较困难。
谭斌小组之前实现（Nat. Chem. 2018, 10,58 – 64. Nat.Catal. 2019, 2, 314 – 323.）偶氮基团适当地用于芳环的活化，因此有助于芳烃的有机小分子碳氢芳基化。该策略实现了手性磷酸（CPA）催化制备芳香族亲核体并被C亲核体取代，从而产生特殊的二芳基阻转异构体，而典型的N亲核试剂仍不存在。鉴于N-芳基咔唑类物质在化学和材料科学中的重要性，将咔唑中有效的N作为亲核试剂用于这种有机催化策略，以使N-芳基对映体选择性交叉偶联成为一种有趣的方法。如下图
值得注意的是，偶氮基团可以容易地转化为胺，并为后面底物多样性的转化提供有效的方法。因此，我们实现了构建对映异构体N-芳基咔唑的的方法，这与我们长期以来对通过CPA催化的芳烃的对映选择性C-H胺化开发轴手性骨架的研究兴趣相一致。首先，基于轴向手性领域的最新研究成果和对阻转异构骨架的有机催化结构的理解，选择了偶氮萘衍生物1a和2-叔丁基-9H-咔唑作为模版底物。我们的目的是通过在咔唑底物C2处加上一个位阻基团来控制C–N轴的旋转。令人高兴的是当SPINOL衍生的磷酸（S）-C1（15 mol％）在DCM中于40 oC促进反应时，所需的轴向手性N-芳基咔唑3a的产率为64％，ee值为65％（entry 1）。尽管对映选择性中等，但这验证了芳烃C-H胺化从CPA到C–N轴进行立体诱导的可行性。然后，我们对不同取代基的CPA的效果，发现在6,6'-位置带有菲基的（S）-C6是一个很好的催化剂，可以把ee值提高到90％。同时，产率提高到79％（entry 6）。随后，通过改变催化剂的轴向手性骨架来优化条件（entry 8-10）。接着的研究表明，氯仿是该反应的较好溶剂，以92％ee值得到3a（entry 11-14）。催化剂负载量降低至10 mol％对反应结果的影响可忽略不计（entry 15）。最后，在略微升高温度和引入3 ÅMS的情况下得出最佳结果（entry 16）。
确定最佳反应条件后，然后评估该反应的底物适用性。首先，测试了各种氮杂萘衍生物，结果如下。用乙基，异丙基，叔丁基或苄基取代甲酯基团，得到预期产物3b-e，收率中等，较高的ee值。取代基的电子效应和取代模式对3f-1的对映选择性影响不大。但值得注意的是，当使用带有C3取代基的底物（3k和3l）时，可获得较高的产率。
随后，基板该对映选择性CPA催化的芳烃C-H胺化反应探索了9H-咔唑2的适用范围（scheme 1B）
除了模板底物中的叔丁基外，还有许多空间位阻较大的基团限制了C-N轴的旋转，包括异丙基，环己基，溴，CF3和芳基（3m-t）。C5和C6-甲基取代的咔唑也可以以中等至良好的收率和优异的ee值（90-93％）得到轴向手性N-芳基咔唑3u-z。
值得一提的是，吲哚底物4a具有多个反应位点，在有机催化中通常被认为是C亲核试剂，通过对标准反应条件进行了细微的修改（参见支持信息中的表S1），该吲哚底物4a被验证为N亲核试剂。尽管收率很低，但可以得到对映体控制良好（93％ee）的相应的轴向手性N-芳基吲哚加合物5a（scheme 2）。
应当指出，吲哚在C3的大取代对于形成所需的N-芳基轴至关重要。接下来，研究了对偶氮萘的取代作用，大多数底物均以中等收率得到了N-芳基吲哚阻转异构体，ee值为92–96％（5d-g）。有趣的是在氮杂萘的C3处引入甲基可显着提高对映体选择性（5h，99％ee），收率超过90％。通过与4b或4c作为亲核试剂（5i和5j）的反应进一步证实了这种正取代作用。
为了验证该方法的实用性，在标准反应条件下进行了3a的放大实验。如图2A所示，观察到的收率和ee值的变化可忽略不计，表明在大规模合成中具有潜力。通过在110℃下将3a的甲苯溶液加热48小时来举例说明所生成产物的构型稳定性。HPLC分析表明未检测到3a的ee值的减少（参见表S2）。手性轴的高稳定性促使我们扩展其在不对称催化中作为有机催化剂或配体的应用。
因此，如图3B所示，由3a连续合成了轴手性硫脲7和单膦10。两步合成7可以得到74％的收率，而ee值保持不变。同时，从6步开始的三个步骤中，以43％的总收率得到10，在萘环上带有一个游离胺基。通过半制备高效液相色谱纯化，两种产品的光学纯度可提高到ee的99％以上。令人欣慰的是，在福尔马林存在下，7顺利地促进了磷酰内酯11和N-Boc亚胺12的反应，以71％的收率和80％ee值得到预期的产物13（图2C）。N-芳基咔唑10作为配体，用于钯与丙二酸亲核试剂的外消旋14的对映选择性烯丙基烷基化反应（15）在钯催化剂（2 mol％）和10（4 mol％）的存在下，反应可以有效地进行，以较好的立体选择性（85-95％ee）以优异的产率提供所需的产品16a-c。通过X射线晶体学分析（CCDC1963374）将8的绝对构型确定为（aS），并且通过此类比其他产物的绝对构型。图2D中还提供了针对当前芳烃C-H对映选择性胺化反应的，以双功能CPA促进氢键活化和使能重新键合的中心向轴向手性转移途径为特征的合理的立体化学模型。鉴于二取代的咔唑芳烃在OLEDs材料中的重要作用，我们使用以实现的策略尝试了具有两个手性N-芳基轴的此类结构基序的合成。因此，制备了2，6-重氮萘（17），并以咔唑作为亲核试剂进行标准反应条件。令人高兴的是，发生了这种双重的对氨基苯甲酸选择性的C-H胺化反应，得到了具有优异对映选择性得到所希望的1,5-二取代咔唑萘衍生物18a（ee为98％；方案3）。但是，对于这一为期一周的反应，由于形成了介观的副产物19（16％）和约10％的单胺化产物，仅获得了27％的收率。
在评估了一组CPA催化剂后，将催化剂的量增加到20 mol％的（S）-C2，在螺骨架的6,6'-位上带有1-吡啶基在不影响ee值的情况下产率可以提高到51％。同时，令人满意的非对映选择性（18 a / 19 = 4：1）可以注意到。证明这一点的普遍性转化，其他具有不同取代基的咔唑然后测试C2。如图所示，以中等产率，大于90％ee值得到产物（18b-d）。
总结，我们实现了第一例手性磷酸催化的轴手性芳烃C-H胺化反应。这种亲核芳香族取代反应代表了常规金属参与的交叉偶联的一种直接且可替代的C-N键形成方法，可通过重金属化使能的中心至轴向手性传递途径，以高收率实现轴手性N-芳基咔唑的合成并能较好的控制反应的对映体选择性。吲哚在有机催化中通常被称为C亲核试剂的是对于这种转换，也可以有效地提供预期具有N-芳基手性轴且光学性能优异的产品。克级合成，通用转换，和不对称催化作为手性有机催化剂的应用配体证实了该方法的适用性。此外，通过该策略合成了在OLED材料中具有巨大潜力的高度对映体富集的1,5-二取代的咔唑萘衍生物。在我们的实验室中，正在进行有关新型OLED材料的合成及其潜在应用开发的进一步研究。
DOI: 10.1002/anie.202000585
