铜(I)催化的α-酮酰胺的对映选择性强醛醇缩合反应：合成应用与机理探究

《ACS Catalysis》：Copper(I)-Catalyzed Enantioselective Cross-Aldol Reactions of α-Ketoamides: Synthetic Applications and Mechanistic Insights

　　高分辨率图像
下载MS PowerPoint幻灯片

α-酮酰胺和γ-羟基-α-酮酸都是生物学上重要的结构基元，在生物活性分子和天然产物的合成中具有重要价值的中间体。尽管人们已经投入了大量努力来开发高效的基于丙酮酸的醛醇反应，但直接使用丙酮酸是获得γ-羟基-α-酮酸的最直接途径，然而由于其内在的不稳定性和对自身缩合以及形成的醛醇乳酸化的高反应性，这一方法受到了限制。因此，这类反应仅限于少数特定的取代丙酮酸供体和高度亲电的醛受体。在这里，我们报道了一种由Cu(I)催化的立体选择性的醛醇反应，使用α-酮酰胺作为丙酮酸的实用替代品。这种方法能够高效地制备γ-羟基-α-酮酰胺，并且在广泛的供体和醛受体组合中表现出良好的立体选择性和差向选择性，包括可烯醇化的和非烯醇化的底物。除了直接获得γ-羟基-α-酮酰胺外，醛醇加成产物还可以直接转化为异头酸和其他具有合成价值的化合物，如α,γ-二羟基羧酰胺、氨基二醇和γ-丁内酯。此外，通过可以直接使用源自氨基酸和肽的α-酮酰胺，这一平台为具有潜在生物活性的肽功能化酮酰胺骨架提供了便捷的合成途径。这一点通过一种低分子量免疫调节剂(+)-Conagenin的简洁合成得到了进一步证明，该化合物可以通过源自氨基酸的α-酮酰胺前体高效合成。最后，结合动力学和DFT研究阐明了立体控制的来源以及不同α-酮酰胺取代模式下的不同反应途径：N,N-双取代的底物通过经典的内球过渡态进行反应，而N-单取代的类似物则通过涉及10电子重排和iminolate中间体形成的外球过渡态进行反应。

**引言**
γ-羟基-α-酮酸在有机化学和生物化学中是一种重要的结构基元。它们是唾液酸及相关ulosonic酸生物合成的核心中间体，在细胞间识别、免疫调节和宿主-病原体相互作用中起着关键作用。(1) 这些衍生物的生物学重要性体现在它们参与多种过程中，从病毒感染（例如，流感病毒结合和神经氨酸酶活性）到细菌免疫逃逸和癌症转移。(1a,1b) 除了在糖生物学中的作用外，γ-羟基-α-酮酸还可以作为制备小分子生物活性化合物的多功能构建块。它们独特的化学反应性和生物学相关性使它们在合成方法和药物化学中成为非常有价值的目标。尽管如此，合成γ-羟基-α-酮酸仍然具有挑战性。最直接的途径是利用丙酮酸与醛进行立体选择性的醛醇反应，这激发了不对称催化领域的许多研究。在自然界中，几种依赖丙酮酸的醛醇酶（图1A1）如N-乙酰神经氨酸裂解酶（NAL，I类）(2)和KDPG醛醇酶（II类）(3)可以催化这一反应，(4)但它们表现出较高的底物特异性。例如，I类依赖丙酮酸的醛醇酶通过形成丙酮酸烯胺中间体作为活性物种，对丙酮酸具有高度选择性，(5)能够容忍氟代丙酮酸作为替代核ophile。(6) 另一方面，II类丙酮酸醛醇酶通过协同的双催化作用进行反应，其中酶与二价金属辅因子（Zn, Mg, Co, Mo）与丙酮酸羰基配位，而酶中的羧酸（或其他Br?nsted碱）残基则作为碱来脱质子化金属-丙酮酸复合物。(7) 虽然通过使用Ni(II)作为金属辅因子对醛醇酶进行了高效工程改造，从而扩大了α-酮酸亲核体的范围，但它似乎只对α-胺醛作为亲电反应伙伴具有选择性。(8) 受到I类和II类醛醇酶反应机制的启发，化学家们在化学合成领域开发了仿生方法(图1A2)。(9) 在这个背景下，简单的手性一级和二级胺已被发现是有效的丙酮酸醛醇反应催化剂。(10,11) 然而，这种基于烯胺的丙酮酸醛醇方法仅限于非烯醇化的醛以及不易形成烯胺的醛受体，如α-支链醛。另一方面，很少有研究探索在化学合成背景下模仿II类醛醇酶的丙酮酸烯醇化反应。J?rgensen及其同事的开创性研究(12)报道了使用三级胺和手性双噁唑啉/金属(II)复合物组合对乙基丙酮酸进行不对称直接自醛加成。在这种情况下，阳离子Zn(II)和Cu(II)都促进了 homoaldol反应，其中后者更为高效，产物的对映体过量达到96%。(12a) 后来作者将该方法扩展到使用乙基三氟丙酮酸（一种高度亲电的受体）和不同的α-酮酯供体的交叉醛醇反应中。(12b) 在这些情况下，交叉醛醇反应产物在反应过程中部分自发环化。尽管取得了这些进展，α,β-二羰基系统的高亲电性虽然有利于丙酮酸 homoaldol反应，(13)但也解释了为什么直接的丙酮酸交叉醛醇反应通常进展缓慢。(14) 为了防止乳酸化，使用手性Zn基ProPhenol复合物催化立体受阻的丙酮酸酯（2,6-二-叔丁基-4-甲氧基苯基丙酮酸）与手性α-氧醛的直接不对称醛醇加成取得了显著进展，尽管该方法仅限于丙酮酸酯并且需要较长的反应时间（4天）。(15) 后续研究也观察到类似的反应趋势，表明三级胺碱本身可能足以介导某些丙酮酸醛醇反应。(16–18) 例如，Liu、Li及其同事(16)描述了使用手性双功能Br?nsted碱促进乙基丙酮酸与异阿糖苷的反应，后者是一类高度活性的酮受体，而Mlynarski的团队报道了其与电子贫乏芳香醛的反应，尽管产率适中，但对映体过量达到57%。(17) 在另一项相关研究中，同一团队(18)使用这种有机催化策略记录了一条通往3-脱氧-2-ulosonic酸的简洁路线。

**图1. α-酮羰基衍生物催化交叉醛醇反应的最新技术**

**高分辨率图像**
下载MS PowerPoint幻灯片

**A) 之前关于丙酮酸和丙酮酸的研究：**
(A.1) 酶促催化和(A.2) 在化学合成领域使用的策略以及通常形成的产物。(B) 本研究。

尽管在有机催化和金属催化系统中取得了显著突破，极大地提高了对丙酮酸反应性和立体控制的理解，但丙酮酸的内在不稳定性和自反应性仍然主要限制了其更广泛的合成应用。因此，寻找更稳定的丙酮酸替代物仍然是一个紧迫的目标。此外，上述先例清楚地表明，除了自醛醇反应外，丙酮酸醛醇产物容易发生乳酸化形成更稳定的异头酸(11,12,16,17)，或者在涉及取代丙酮酸时甚至消去形成α,β-不饱和加成物，从而导致一个或两个立体中心的损失。(19) 这些观察结果结合我们之前的研究工作(见下文)，促使我们探索α-酮酰胺是否可以作为路易斯酸催化直接醛醇反应中α-酮酯的有效替代物，从而合成更广泛的γ-羟基-α-酮酸衍生物。在这里，我们报道了α-酮酰胺（图1B）与可烯醇化和非烯醇化醛的反应，反应由手性双膦配体-Cu(I)复合物和三级胺碱介导，产生了具有良好化学选择性、差向选择性和立体选择性的醛醇产物。机制分析表明，催化循环取决于酰胺的取代模式。值得注意的是，对于涉及N-单取代α-酮酰胺的反应，发现了一种与经典Zimmerman-Traxler模型不同的不寻常的外球过渡态。据我们所知，这项研究是第一个涉及α-酮羰基衍生物的M(I)路易斯酸催化转化的例子。

**方法**
催化醛醇反应在预先干燥的Schlenk管中进行，置于氩气气氛下（气球），并适当搅拌并浸入低温异丙醇浴中。为了确保惰性气氛，催化反应混合物在指定温度下用氩气 bubbling 3分钟。商业醛在使用前进行蒸馏，自制的醛在使用前也需经过碱化处理。(20) 差向比率和对映体过量通过手性HPLC分析确定。(20)

**交叉醛醇反应的典型程序**
在氩气气氛下，将相应的酮酰胺（1.0当量，0.2 mmol）、Cu(CH3CN)4BF4（0.1当量，0.02 mmol，6.3 mg）、配体（0.1当量，0.02 mmol）和醛（3.0当量，0.6 mmol）加入指定的溶剂（0.6 mL）及其温度中，然后加入NEt3（0.1当量，0.02 mmol，2.8 μL）。在相同温度下继续搅拌直至完全转化（可以通过1H NMR确认）。反应完成后，混合物直接通过硅胶闪蒸柱色谱分离，并用己烷:EtOAc混合液洗脱，得到黄色油状的醛醇产物。(20)

**结果与讨论**
基于上述观察，我们试图确定丙酮酸酰胺是否可以作为访问γ-羟基-α-酮酸衍生物的有效替代物。除了α-酮酰胺功能性的内在生物学相关性外，(21) 它们还提供了更高的稳定性（较少发生homoaldol和乳酸化反应）和多样的功能基团（酰胺），从而能够进一步衍生出结构重要的骨架。(22) 令人惊讶的是，尽管丙酮酸酯在醛醇加成、Michael加成和环加成中被广泛用作供体，(23) 但直接使用丙酮酸酰胺作为亲核体的研究仍然很少。(24) Shibasaki及其同事之前已经证明，α-酮酰胺可以在同时具有二价路易斯酸和Br?nsted碱功能的系统中作为有效的亲核体参与Mannich和Michael反应。(25) 同样，Bonne、Constantieux和Rodriguez证明α-酮酰胺可以在双功能Br?nsted碱/氢键催化下进行Michael反应。(26) 我们还记录了某些双功能Br?nsted碱/H-键催化剂能有效促进α-酮酰胺的醛醇反应，而不发生竞争性的自醛醇过程。(27) (图2) 虽然这种方法首次证明了α-酮酰胺作为直接醛醇供体的概念，但其适用性仅限于β-烷氧基取代的底物，因为β-烷基α-酮酰胺在这种条件下不反应。因此，一个关键挑战是如何实现α-酮酰胺与醛的广泛底物范围的交叉醛醇反应，同时防止竞争性的自醛醇过程。我们认为，采用路易斯酸/Br?nsted碱双重催化方法可以提供合适的答案，将这两种组分作为独立实体使用，这种方法也有利于优化，因为每个组分（路易斯酸和Br?nsted碱）可以独立调整。然而，我们最初使用手性双噁唑啉/Cu(II)复合物的尝试在反应性和/或立体选择性方面并未取得成功。(14) 实际上，J?rgensen之前对Cu(II)催化的丙酮酸醛醇加成的研究(12b)已经揭示了Cu(II)介导的反应在homo-和交叉醛醇加成中的机制复杂性。提出了两种不同的涉及Cu(II)复合物（四配位和五配位物种）的机制，说明了反离子、配体、胺和溶剂如何共同控制立体选择性和差向选择性。这些机制洞察突出了在二价Cu(II)催化下反应性和立体选择性方面的内在挑战。我们想知道，通过从二价金属催化转向单价金属催化（即Cu(I)），是否可以实现α-酮酰胺作为醛醇供体的互补反应性，并且这种方法是否可以推广到所有类别的α-酮酰胺。Shibasaki团队之前证明某些双配位酰胺，如7-azaindoline酰胺，可以在软路易斯酸/Br?nsted碱双重催化下作为羰基供体。(28) 然而，涉及β-烷基胺的醛醇反应仅限于7-azaindoline丙酰胺，除非醛醇供体在羰基α位置被活化取代基修饰，否则不具有反应性。(30) 额外的挑战不仅出现在化学选择性和烯醇化反应性上，还出现在差向选择性和对映体选择性上。

**图2. 手性Br?nsted碱活化β-烷氧基α-酮酰胺在直接丙酮酸交叉醛醇反应中的作用**
高分辨率图像
下载MS PowerPoint幻灯片

**反应开发**
研究首先考察了α-酮酰胺1A与羟基肉桂醛3a在THF中存在几种软路易斯酸和三级胺碱的条件下的反应。虽然基于银的催化剂（AgPF6、AgBF4、AgSbF6和Ag(CH3CN)4BF4）(20)无效，但基于铜的催化剂（Cu(CH3CN)4PF6和Cu(CH3CN)4BF4）产生了不同的结果。如表1所示，在Cu(CH3CN)4PF6（10 mol %）和三乙胺（TEA）（10 mol %）作为有机碱的存在下，在室温下将1A加入3a时，且没有任何配体存在的情况下，没有发生反应（条目1）。当使用 (R,R)-DIOP L1、(R,R)-Me-DUPHOS L2 和 (R)-QUINAP L3 作为 Cu-配体（条目 2-4）时，再次没有观察到反应。在 (R)-BINAP L4、(R)-TolBINAP L5 和 (R)-TDBM-SEGPHOS L6 的存在下，1A 与 3a 的反应确实发生了，生成了预期的交叉醛醇产物 4Aa，产率良好且立体选择性可变，但在任何情况下都没有观察到对映选择性（条目 5-7）。使用 (R,Rp)-TANIAPHOS L7（条目 8）时，反应以可接受的立体选择性和中等对映选择性进行。值得注意的是，在这些例子中，三级胺碱并不促进背景下的外消旋途径，因为仅使用三乙胺（条目 9）不足以介导酮胺 1A 与 3a 的反应，二异丙基乙胺也同样无效。即使证明在促进丙酮酸均缩醛醇反应中有效的 DBU，也可能因为不可逆的异核电子转移酸的形成而无法用于 1A 与 3a 的反应，反而产生了醛醇副产物。最后，Pilkington 的配体 (R,R)-Ph-BPE L8 被确定为最佳选择，以 85% 的产率生成了 4Aa，其立体异构体比例为 88:12，主要异构体的对映纯度为 74%（条目 10）。将温度降至 0 °C 后，立体异构体比例增加到 92:8，对映选择性提高到 86%（条目 11）。虽然其他 Cu(I) 来源如 CuOAc 或甲苯基铜（条目 33）效率较低，但 Cu(CH3CN)4BF4（条目 12）与 Cu(CH3CN)4PF6 的效果相当。

表 1. 1A 和 2A 与 3a 反应的催化剂筛选及反应条件的优化
| 条目 | Cu(I) | 配体 | 起始物质 | 产率 (%) | 对映选择性 (%) |
|---------------|-------------------|--------------------|------------------|-----------------|
| 1 | Cu(CH3CN)4PF6 | 1A | 4Aa | 96 | 40 |
| 2 | Cu(CH3CN)4PF6 | L1 | NR | | |
| 3 | Cu(CH3CN)4PF6 | L2 | NR | | |
| 4 | Cu(CH3CN)4PF6 | L3 | NR | | |
| 5 | Cu(CH3CN)4PF6 | L4 | 7 | 60:40 | |
| 6 | Cu(CH3CN)4PF6 | L5 | 7 | 28 | 18 |
| 7 | Cu(CH3CN)4PF6 | L6 | 7 | 24 | 60 |
| 8 | Cu(CH3CN)4PF6 | L7 | 7 | 20 | 4 |
| 9 | Cu(CH3CN)4PF6 | L8 | 85 | 88:12 | 74 |
| 10 | Cu(CH3CN)4PF6 | L8 | 7 | 92:8 | 6 |
| 11 | Cu(CH3CN)4BF4 | L8 | 7 | 92:8 | 86 |
| 12 | Cu(CH3CN)4BF4 | L8 | 7 | 92:8 | 86 |
| 13 | Cu(CH3CN)4PF6 | 2A | 78 | 85:15 | |
| 14 | Cu(CH3CN)4BF4 | L8 | 74 | 86:14 | |
| 15 | Cu(CH3CN)4PF6 | L8 | 7 | 91:99 | |
| 16 | Cu(CH3CN)4BF4 | L8 | 7 | 91:99 | |

其他反应条件如下：
- 反应在 0.2 mmol 规模下，使用 0.6 mL 的 THF 在室温下进行 16 小时；
- 使用 1A 或 2A 与 3a 以 1:3 的比例，以及 L*:Cu(I):TEA 0.1:0.1:0.1 的组合；
- 分离产物的产率通过硅胶闪蒸柱色谱法测定；
- 对映选择性通过手性 HPLC 分析确定；
- 反应在 0 °C 下进行 16 小时；
- 反应在 ?10 °C 下进行 40 小时；
- 反应在 ?10 °C 下进行 24 小时。

接下来评估了酰胺取代基对反应结果的影响。在 (R,R)-Ph-BPE L8 的存在下，将苯基 α-酮胺 2A 与 (R,R)-Ph-BPE L8 在 0 °C 下反应时，获得了产率良好的产物 5Aa，立体异构体比例为 85:15，主要异构体的对映纯度为 93%（条目 13）。将温度从 0 °C 降低到 ?10 °C 后，立体异构体比例和对映过量均有所增加（条目 15）。还研究了其他溶剂、碱和 Cu(I) 来源。当使用二氯甲烷、甲苯、乙醚或乙腈代替 THF 时，醛醇 5Aa 的产率较低，并且每种情况下都伴随着不同量的副产物 6Aa（条目 20）。像环戊基甲基醚（CPME）和甲基-THF（MTHF）这样的溶剂也适用于 2A 与 3a 的反应（在标准条件 ?10 °C、24 小时下），尽管反应活性略有降低（MTHF 的转化率为 55%，CPME 为 45%），但仍保持了良好的立体选择性（MTHF 的立体选择性为 90:10，CPME 为 84:16）。在评估的碱中，DIPEA 也显示出有效性，但立体选择性略有下降。相比之下，先前在 Cu(II)-催化的丙酮酸醛醇反应中有效的 N,N-二甲基苯胺和 N,N-二苯基苯胺，在当前的催化系统中完全不活跃。此外，当使用 L8/Cu(I) 催化剂与 DBU 或 TBD 结合进行 1A 与 3a 的反应时，副产物 6Aa 成为主导产物，所需的醛醇产物的立体选择性、对映选择性和化学选择性显著降低，同时产生了醛醇副产物（条目 20）。另一方面，当使用 Cu(CH3CN)4PF6 和 Cu(CH3CN)4BF4 在 0 °C 下进行 2A 与 3a 的反应时，观察到相似的结果（条目 13 和 14）。然而，将温度降低到 ?10 °C 时，使用 Cu(CH3CN)4BF4 可获得最佳结果，因为所需的反应时间更短，同时保持了良好的立体控制（条目 15 和 16）。相比之下，使用 Cu(II) 代替 Cu(I) 时，反应效率显著降低。例如，在表 1 的条件下，使用 Cu(OTf)2 替代 Cu(CH3CN)4BF4 时，2A 与 3a 的反应产物的比例为 65:35（转化率 50%），主要产物的产率为 5Aa（33%）。如前所述，当 Cu(OTf)2 与典型的 Cu(II) 催化的手性双(氧杂唑啉)配体结合使用时，没有观察到反应，这突显了 Cu(I)/膦体系的独特反应性模式。此外，在表 1 的条件下使用 Cu(H2O)4(BF4)2 时，醛醇 5Aa 的产率为 20%，立体选择性为 85:15，对映纯度为 88%（条目 16）。同样，使用暴露在空气中超过 5 个月的 Cu(CH3CN)4BF4 样品（完全氧化为 Cu(II)）也获得了与 Cu(H2O)4(BF4)2 相似的结果（转化率 35%，立体选择性为 84:16，对映纯度为 91%），这表明铜的氧化状态对反应活性至关重要，对反应选择性也有影响。

表 2. 关于酰胺官能团的反应范围
- 反应在 0.2 mmol 规模下，使用 0.6 mL 的 THF 在 ?10 °C 下进行 48 小时，除非另有说明，使用 7?17 和 3a 以 1:3 的比例，以及 L8:Cu(I):TEA 0.1:0.1:0.1。分离产物的产率通过硅胶闪蒸柱色谱法测定。立体异构体比例和对映过量通过手性 HPLC 分析确定。
- 反应在 0 °C 下进行。
- 为了进一步了解 Cu(I) 的作用，首先进行了两个单独的对照实验，分别使用 α-酮胺 2A 与苯甲醛（3a）在 (R,R)-Ph-BPE·(L8) 配体存在下的反应。每个对照实验仅使用一种反应底物（2A 或 3a）并在优化的催化条件下进行（Cu(CH3CN)4BF4（10 mol%），L8（10 mol%），TEA（10 mol%），THF）。在 ?10 °C 下反应 16 小时后，α-酮胺底物仅有轻微的自缩合倾向，相应的均缩醛产物比例低于 10%，而醛 3a 没有发生均缩醛反应（条目 20）。这些结果表明，在优化条件下，来自任一反应伙伴的不希望的均缩醛过程最小。

在确定了在 ?10 °C 下使用 Cu(CH3CN)4BF4 和催化剂 L8 与 α-酮胺 2A 可获得最佳结果后，测试了不同的单取代酰胺基团（表 2）。例如，N-单取代的脂肪族酮胺 7?9 与 3a 在 0 °C 下反应，生成了相应的醛醇 18?20，对映选择性优异，尽管立体选择性略低。酰胺 7?9 的反应性也比 2A 低，因为在 0 °C 下需要 48 小时才能完全转化（2A 在相同温度下需要 16 小时），但比二取代酰胺 10 的反应性高，后者在 0 °C 下需要 48 小时才能完全转化，产率为 60%，尽管立体选择性很好（立体选择性为 80:20，对映纯度为 83%）。芳香族酮胺 11 也在这些条件下在 ?10 °C 下反应生成了 21，尽管反应性较低（2A 为 48 小时，2A 的转化率为 24 小时），但立体和对映控制非常好（立体选择性为 92:8，对映纯度为 96%）。意识到苄基酰胺提供了最佳的平衡反应性和立体选择性（立体选择性为 91:9，对映纯度为 98%，表 1，条目 16），还研究了芳香族苄基环的不同修饰。一方面，位于对位点的电子给体取代基（如甲氧基和甲基）（化合物 12 和 13，产物分别为 22 和 23，表 2）得到了与 2A 类似的结果。另一方面，位于邻位、间位或对位点的电子 withdrawing 基团也获得了非常好的结果（化合物 14、15 和 16，以及产物 24、25 和 26，表 2）。这些结果表明该方案也能很好地耐受酰胺官能团上的各种取代基。

在掌握了最佳条件后，接下来探讨了 α-酮胺 2A 与典型可醇醛的反应范围（表 3A.1）。短链醛（例如丙醛 3c 和戊醛 3d）、长链醛（例如辛醛 3e）、支链醛（例如异丁醛 3f 和环己烷醛 3g）以及带有官能团侧链的醛（例如烯醛 3i、酯 3j、醚 3k 和氨基甲酸酯 3m）也参与了反应，对映过量可达到 98%。粗醛醇产物通常以油状物质获得，立体异构体在硅胶色谱上的 Rf 值相似，这使得分离复杂。然而，通过衍生化为对溴苯甲酰酯后，可以成功分离 α-酮胺醛的立体异构混合物。另外，如后文所示，通过选择性还原酮基团可以得到相应的二醇，这些二醇可以通过结晶或用hexane或hexane/ethyle acetate混合物简单洗涤来纯化。

在表 3A.2 中，还探索了不同丙酮酸链的反应范围。与 α-酮胺 2A（R2 = Me）生成产物 5Aa（表 1）类似，α-酮胺 2B（R2 = Et）生成产物 5Ba，立体选择性和对映选择性相似。一般来说，具有大链（2C）以及带有官能团（2E?H）的 α-酮胺也能很好地耐受，生成预期的产物，产率在 60-80% 之间，立体异构体比例为 80:20，主要异构体的对映纯度高达 97%。尽管这些结果表明了该反应对丙酮酸链的潜力，但当测试 α-酮胺 2D 时没有观察到反应（例子 5Db, 5Dc），表明该程序几乎仅限于空间无障碍的丙酮酸。通过 X 射线分析产物 5Aa 的衍生物确定了反应的立体化学结果。有了这些结果，接下来探索了 α-酮胺 2I（R2 = H，表 3A.2）与丙酮醛的反应。令人惊讶的是，2I 与苯甲醛 3a 在 ?10 °C 下反应 48 小时后仅获得了产物 5Ia，转化率低于 10%。然而，将温度升高到 0 °C 并没有提高反应转化率。然而，我们观察到（表 3B），将 2I 的 N-苄基胺基团替换为 N,N-二苯基基团后，结果很有希望。发现 N,N-二苯基类似物 1I 没有显著的对映选择性（对映纯度低于 25%），但在 0 °C 下反应 48 小时后实现了完全转化，生成了相应的醛醇 4Ia，产率为 60%。经过几次尝试提高对映选择性后，很高兴地发现 Trost 配体 L9 在甲苯作为溶剂时获得了最佳结果，产率为 81%，对映纯度为 88%（条目 35），而使用 L9 的对映体 ent-4Ia 也以相同的效率生成。同样，使用 L9 和 ent-L9 结合 Cu(CH3CN)4BF4（10 mol%）/TEA（10 mol%）在甲苯作为溶剂时，也得到了相应的产物 4Ia?4Im 或它们的对映体，产率和对映选择性非常好（条目 36）。

接下来探索了非可醇醛的反应。首先使用优化的条件与典型的不可醇醛（如 α,β-不饱和醛、丙炔醛和芳香醛）进行了反应。虽然在之前的优化条件下没有观察到与 α,β-不饱和醛的反应，但丙炔醛适合作为本丙酮酸酰胺醛醇反应的受体。首先使用 L8 在优化的条件下与可醇醛进行了反应。然而，使用 L8 与丙炔醛 3p 反应时，生成了醛醇 5Ap（表 4A），立体选择性和对映选择性中等（立体选择性为 70:30，对映纯度为 60%），即使将反应温度降低到 ?10 和 ?20 °C。在硅胶上进行闪蒸柱色谱分离后，所得醛醇产物的产率。非对映体比例和对映体过量通过手性HPLC分析确定。Trost配体L9（38）在对未取代的α-酮酰胺1I与可烯醇化醛类的交叉醛醇反应中表现最佳，但在不同温度下反应均不成功。然而，在CH3CN中，通过在-40°C下使用（R,R）-ANDEN-萘基配体L10进行反应后，20小时后能够以非常高的立体选择性生成醛醇（表4A，醛醇5Ap）。如表4A所示，其他几种丙炔基衍生物（5Aq-5Au）也取得了很好的结果，包括β-芳香族和脂肪族衍生物。芳香醛类在这种催化体系中也能够发生反应。令人惊讶的是，N-苄基α-酮酰胺2A在表4B所示条件下与苯甲醛反应时完全不活泼，无论使用L8、L9还是Cu(I)和TEA。然而，N,N-二苄基α-酮酰胺类似物1A在相同条件下与苯甲醛反应时，以70%的转化率生成了醛醇加合物。为了防止色谱纯化过程中发生差向异构化和逆醛醇反应，需要使用叔丁基二甲基硅基三氟甲磺酸作为硅烷化试剂进行原位硅烷化处理。硅烷化后的加合物4Av具有良好的非对映体选择性（90:10），但对映体选择性中等（主要异构体为39%）。L9和L10并未提高立体选择性。在相同条件下，但使用L9时，4-硝基苯甲醛3w与1A反应后48小时也生成了醛醇加合物4Aw，尽管主要异构体的非对映体选择性为74:26，对映体过量为36%（40）。尽管还需要进一步优化（L8并未提高4Aw的立体选择性），但这些结果表明芳香醛类也可以作为这种转化的受体。

表4. 与非烯醇化醛类的醛醇反应
a. 反应在0.6 mL的CH3CN中，温度为-40°C，规模为0.2 mmol，反应时间为20小时，除非另有说明，使用2A和3p-3u（比例为1:3），以及L10:Cu(CH3CN)4BF4:TEA（比例为0.1:0.1:0.1）。
b. 反应在-10°C下进行，使用2A和3p，条件见表3A。
c. 反应在-30°C下进行，反应时间为20小时。
d. 反应在0°C的0.6 mL THF中，规模为0.2 mmol，使用1A或2A和3v或3w（比例为1:3），以及L8或L9:Cu(CH3CN)4BF4:TEA（比例为0.1:0.1:0.1）。在硅胶上进行闪蒸柱色谱分离后，所得醛醇产率。非对映体比例和对映体过量通过手性HPLC分析确定。
e. 反应在0°C下进行，反应时间为48小时。

图3. 醛醇的合成转化

总体而言，这些醛醇反应在48-72小时内完成，少数例外（例如表3A中的5AG和5Al），这些反应需要更长的时间。对映体选择性始终优异，而非对映体选择性则较为中等，通常在85:15到96:4之间。特别地，含有氧官能团的α-取代α-酮酰胺G生成相应的醛醇时，其非对映体选择性较低（72:28-76:24），这可能是由于氧原子 的替代配位影响了过渡态的几何结构。重要的是，该反应可以很容易地扩展到毫摩尔规模（2 mmol），而不会影响立体选择性，例如使用ent-L8从2-氧代-N-苯基丁酰胺11与乙醛反应生成醛醇27的例子所示。

除了α-酮酰胺本身具有很高的生物学潜在价值外，这些反应生成的醛醇还可以用于快速获得其他有用途的官能化产物。例如，1,3-二醇是许多天然产物和有机材料中的基本结构单元，也是多种有机转化中的重要合成中间体。在这种情况下，通过对醛醇加合物中的酮羰基进行立体选择性还原，可以获得α,γ-氨基二醇（见图3A），例如使用L-selectride在-78°C下处理5Aa、5Ac、5Ap、17、4Aa、4Ia和27 1.5小时后，从己烷/乙酸乙酯混合物中结晶出纯度很高的相应非对映体二醇28Aa、28Ac、28Ap、29Aa、30Aa、30Ia和31Ab。通过单晶X射线晶体学分析确定了氨基二醇28Aa（2S, 3R, 4S）和30Ia（2R, 4R）的绝对构型，从而也确定了起始醛醇加合物5Aa（3R, 4S）和4Ia（4R）的绝对构型。其他相关醛醇加合物的绝对构型通过类比和假设相同的反应机制确定。

立体明确的加合物28Aa和29Aa也可以通过NaBH4和BF3·Et2O的还原有效转化为氨基二醇32和33（见图3B）。另一方面，对28Aa（来自醛醇5Aa）和30Aa（来自醛醇4Aa）进行酸性水解，分别以65%和86%的产率得到相同的内酯34。取代的γ-丁内酯是生物活性分子中的重要结构单元，是合成生物相关化合物的关键中间体。例如，通过立体选择性还原醛醇27（见图3B）得到的31Ab经酸性水解得到内酯35，该内酯曾被用于合成（+）-Conagenin。

这些例子强调了α-酮酰胺在获得醛醇产物方面的价值，这些产物能够构建含有烷基取代模式的复杂结构。此外，在图3C所示的条件下，丙炔基醛醇可以选择性地氢化为不饱和衍生物。例如，使用Lindlar催化剂和喹啉对5Ap进行部分氢化后，得到Z-不饱和衍生物36，产率为91%。另外，在图3C所示条件下，与[Cp*RuCl]4反应后还产生了E-异构体37，并伴随有15 mol%的完全饱和化合物5Aa。这些部分和可控的氢化结果也很值得注意，因为在标准条件下，α-酮酰胺2A与肉桂醛的直接醛醇反应不会生成不饱和醛醇37。此外，5Ap的完全氢化得到了与2A与氢肉桂醛直接反应得到的饱和衍生物5Aa相同的产物。在图3D所示条件下，通过Cu(CH3CN)4BF4/TEA和L9处理后，对从丙酮酸α-酮酰胺2I和戊醛得到的醛醇ent-4Id进行酸性水解，再通过tBuMe2SiCl和咪唑进行硅烷化，两步总产率为65%，得到了O-硅烷化的异构酮酸38。值得注意的是，通过现有的基于丙酮酸的醛醇反应难以获得这种化合物，因为这些反应主要适用于不易发生烯醇化的醛类。因此，这种基于酰胺的策略为获得异构酮酸衍生物提供了可控的方法，这些化合物既可作为多功能的合成中间体，也可作为具有生物活性的骨架。

图1展示了选定的生物活性α-酮酰胺天然产物及其报告的生物活性。

例如，从H-Ala-OBzl.HCl制备的α-酮酰胺39在0°C下与乙醛反应48小时后，以67%的产率得到相应的醛醇，其中两种可能的非对映体以78:22的比例混合。重要的是，在所用反应条件下没有观察到氨基酸立体中心的 racemization。目前的醛醇反应也对季铵酸衍生的α-酮酰胺有效，例如AIB和（S）-α-甲基丝氨酸衍生物40和41与醛类3a和3b反应后，分别以79%和63%的产率得到相应的醛醇43和44。醛醇43以两种非对映体的78:22混合物形式获得（每种形式都以对映体对的形式存在），对映体过量为94%；而醛醇44则以四种可能的非对映体中的两种以85:15的比例形成。值得注意的是，后者醛醇产物是（+）-Conagenin的直接前体（见图4），这是一种从Streptomyces roseosporus发酵液中分离得到的低分子量免疫调节剂。该化合物表现出广泛的生物活性，包括增强化疗药物（如阿霉素和丝裂霉素C）对小鼠白血病的抗肿瘤效果。

在大多数报道的（+）-Conagenin合成方法中，（2R,3S,4R）-2,4-二羟基-3-甲基戊酸核心（或其相应的内酯35）是通过多步序列组装的，其中在最后一步引入（S）-α-甲基丝氨酸。然而，没有利用直接通过丙酮酸醛醇反应来高效地获得这种生物活性分子。在这种情况下，非对映体混合物44经过L-Selectride的立体选择性还原后得到45，产率为73%，非对映体比为79:21。最后，45在流控条件下氢化后，再经过Et2O/MeOH结晶，得到纯度很高的（+）-Conagenin，产率为71%。

图4. 氨基酸衍生的α-酮酰胺的醛醇反应

a. 反应在0.6 mL的THF中，规模为0.2 mmol，使用39-41和3a或3b（比例为1:3），以及L8:Cu(CH3CN)4BF4:TEA（比例为0.1:0.1:0.1），温度为-10°C。在硅胶上进行闪蒸柱色谱分离后，所得醛醇产率。通过1H NMR确定了两种检测到的非对映体的非对映体比例。对映体过量通过手性HPLC分析确定。
b. 反应在0°C下进行。
c. 反应中使用配体ent-L8和6当量的醛类进行。

接下来，我们在DFT框架内研究了醛醇加成过程中的立体决定步骤。理论计算使用了GAUSSIAN 16程序套件进行。气相优化在B3LYP-GD3/6-31G(d)&SDD理论水平上进行，其中通过Grimme D3阻尼势进行了分散校正。溶剂化效应通过M06(cpcm (THF))/6-311++G**&SDD//B3LYP-D3/6-31G*&SDD理论水平考虑。天然原子电荷通过Natural Bond Orbital（NBO）模型计算。

最初我们假设了两种可能的Cu(I)反应 Complex（RC），即模型A和模型B（见图2）。模型A被认为是更稳定的物种，因为α-酮酰胺的分子内双齿配位形成了一个螯合的Cu(I) Complex，这比模型B提出的单齿配位在热力学上更有优势。为了评估它们在2A与3a反应中的相对稳定性，我们进行了理论计算。在两种模型中（见图3A），手性配体的磷原子占据了金属的伪四面体配位球内的两个位置，而其余位置与试剂相互作用。在模型A（RC2A-modelA）中，只有烯醇化的α-酮酰胺与Cu中心配位；而在模型B（RC2A-modelB）中，烯醇化的α-酮酰胺和醛类都与Cu(I)配位。我们的计算证实RC2A-modelA比RC2A-modelB稳定12.2 kcal mol?1，支持了我们的初始假设。这种能量差异可以归因于螯合的形成，它与Cu中心形成了一个五元金属环。此外，计算数据还显示α-酮酰胺2A的NH基团与氢肉桂醛（3a）之间存在额外的外层氢键相互作用，进一步稳定了RC2A-modelA。这种相互作用在RC2A-modelB中不存在，导致其稳定性较低。最初认为这些反应物是与Cu(I)形成的反应性复合物，用于交叉醛醇反应。高分辨率图片下载MS PowerPoint幻灯片。基于这些结果，我们继续根据模型A的配位模式计算可能的过渡态（TSs）。有趣的是，与传统Zimmerman-Traxler六元过渡态不同，我们的计算表明，最低能量的过渡结构TS2A-(3R,4S)-modelA采用了一个非金属化的七元环状排列。这种结构涉及十个电子的协同运动，导致了一个独特的亚胺中间体的形成。在这个过程中，酮酰胺的NH基团充当质子穿梭体，将质子转移到烷氧基上（图3C）。对这个中间体的NBO分析显示，负电荷实际上在氧原子和氮原子之间分散（氧原子的电荷为-0.81e，氮原子的电荷为-0.66e）。在随后的步骤中，该亚胺中间体会被弱Br?nsted碱的共轭酸 protonated，从而再生并产生所需的醛醇产物。这个过渡态（TS2A-(3R,4S)-modelA）对应于由α-酮酰胺2A的si面与氢化肉桂醛3a的re面之间的反应。这种选择性的来源是多方面的。在这个刚性的过渡结构中，Cu中心的伪四面体配位环境产生的空间位阻有效地阻断了烯醇的re面，有利于形成(3R,4S)-5Aa。在这个模型中，还观察到了3a与配体L8的一个苯基之间的π堆叠相互作用。相比之下，导致相反对映体的过渡态TS2A-(3S,4R)-modelA的能量高出3.6 kcal mol-1（见支持信息，第S74页）。这一能量差异归因于反应需要通过α-酮酰胺2A的re-面进行而增加的畸变。为了完整性，我们还计算了与B配位模式相关的能量剖面。在这种情况下，过渡态（TSs）采用与Zimmerman-Traxler模型一致的几何结构（图3A），形成了一个六元环状过渡态。在这里，立体选择性来源于醛基取代基的优选伪赤道位置。然而，我们的计算表明，RC2A-modelB及其相关过渡态（见支持信息，第S74页）在能量上不如TS2A-(3R,4S)-modelA有利，这表明非金属化的七元环是更可能的路径。计算出的相对能量预测了对映体过剩（ee）为99%，非对映体比例（dr）超过99:1。尽管计算出的和对映体过剩值吻合良好，但非对映体比例并未得到很好的再现，因为计算预测的非对映体比例高于对映体过剩值。这种差异在实验中并未观察到，可能是由于形成了另一种E-烯醇，而在相同的醛基接近方式下，会生成相反的对映体。为了改进计算模型，我们对这种替代路径进行了初步评估，得到了TS2A-(3S,4S)-prima-modelA（见支持信息，第S76页），其能量比最稳定的TS2A-(3R,4S)-modelA高出2.8 kcal mol-1，并被确定为第二稳定的过渡结构。这一结果从定性上表明，酮酰胺的E-烯醇可能解释了非对映体比例较差的现象，因为其相关的过渡态比生成次要对映体的过渡态更稳定。进一步改进计算模型（例如在几何优化过程中包含溶剂化效应）预计将改善这些结果。受这些发现的启发，我们接下来研究了α-酮酰胺1A的醛醇反应，它缺乏进行氢键形成和质子穿梭所需的酰胺NH基团。具体来说，我们使用(R,R)-Ph-BPE·Cu催化剂作为模型系统，研究了N,N-双取代的α-酮酰胺1A与氢化肉桂醛（3a）的反应（图4A）。比较两种可能的反应性Cu(I)复合物（模型A和模型B）相对稳定性的计算研究表明，RC1A-modelA比模型B对应物稳定7.3 kcal mol?1。尽管α-酮酰胺2A缺少与醛基的氢键相互作用，但螯合稳定效应足以使RC1A-modelA成为更有利的复合物。然而，在这种情况下，我们尝试计算与模型A相关的所有过渡态（TSs）都未能成功，因为它们在几次优化步骤后恢复到了初始的反应性复合物。我们将此归因于缺乏稳定的氢键相互作用，导致了一个高度不稳定的开放结构，与TS2A-(3R,4S)-modelA观察到的稳定七元环形成形成了对比。因此，尽管RC1A-modelA在平衡上比RC1A-modelB有明显优势，但后者仍是需要进展到产物形成的唯一反应性复合物。这是因为醛醇加成是通过类似Zimmerman-Traxler的伪椅式六元过渡结构进行的。在计算RC1A-modelA和RC1A-modelB之间的转化的TS（ΔG0 = 11.5 kcal mol?1）后，我们计算了模型B的过渡态的相对能量。计算表明，通过TS1A-(3R,4S)-modelB形成(3R,4S)-4Aa是能量上最有利的途径（图3A）。能量障碍的比较表明，RC1A-modelA和RC1A-modelB之间的转化很可能是速率限制步骤，因为C?C键的形成步骤似乎非常受青睐。值得注意的是，后者的活化障碍比RC2A?modelA的速率限制步骤（即C?C键形成步骤TS2A(3R,4S)-modelA）高出约2 kcal mol?1。C?C键形成步骤后形成的中间体是一个与Cu中心配位的标准烷氧基物种，这与其N-单取代同系物的亚胺中间体显著不同。

在这类类似Zimmerman-Traxler的过渡结构中，氢化肉桂醛3a的醛基链和1A的两个N,N-苯基取代基都排列在最小化空间位阻的位置。对TS1A-(3S,4R)-modelB的几何检查（对应于生成对映体醛醇加合物(3S,4R)-4Aa）显示，BPE的一个苯基靠近1A的酰胺部分。这迫使两个苯基进入一个不太稳定的顺式构象，导致能量增加了+6.7 kcal mol?1。关于其他非对映体的形成，相应的过渡态也导致了更高的能量状态（见支持信息，第S75页）。因此，这些计算预测了对映体过剩（ee）为99%，非对映体比例（dr）超过99:1。与2A的情况类似，我们计算了与酮酰胺1A的E-烯醇相关的反应路径，以解释观察到的非对映体比例。再次，TS1A-(3S,4S)-prima-modelB（+4.7 kcal mol?1，见支持信息，第S76页）在能量上介于TS1A-(3R,4S)-modelB（最稳定的过渡结构）和TS1A-(3S,4R)-modelB（其对映体，+6.7 kcal mol?1）之间。这一计算趋势表明，E-烯醇路径也可能负责生成次要的非对映体。为了获得实验证据支持这种偏离标准Zimmerman-Traxler机制的现象，对这两种反应进行了动力学研究。为了确定产物是否在动力学控制下形成，监测了随时间变化的非对映体选择性和对映体选择性。在早期和接近完全转化时观察到的dr和ee值不变，表明反应是在动力学控制下进行的。此外，计算分析表明两种系统的速率决定步骤不同。在2A与3a的反应中，C?C键的形成似乎是速率限制步骤。在此步骤之前，Cu复合物内发生脱质子平衡，其中醛基已经通过外层空间的氢键相互作用参与进来。因此，预计反应对醛基浓度呈现零级依赖性，因为它在外层空间参与反应，早于转化限制步骤。另一方面，1A与3a的加成通过一个标准且研究广泛的Zimmerman-Traxler过渡结构进行。在这种情况下，计算表明速率限制步骤是醛基与复合物内层的配位（能量障碍比C?C键形成步骤高出8.9 kcal mol?1）。这与2A的反应不同，在2A的反应中，醛基在外层空间参与反应，而不参与转化限制步骤的过渡态。我们开始对2A与3a之间的反应进行动力学研究。这些实验在密封的NMR管中用THF-d8进行，并在室温下定期记录光谱（23）。这种反应进行得非常快，当改变醛基的起始浓度时，没有观察到反应速率的显著变化，表明反应对醛基浓度呈零级依赖性（图3B）。另一方面，初始速率测量显示对Cu(I)/配体催化剂和三乙胺的一级依赖性，这与单核铜物种和导致快速形成铜结合的亚胺中间体PC2A的软烯醇化过程一致。此外，PC2A的形成可以解释在某些条件下偶尔会生成副产物6Aa的现象。一旦生成PC2A，就会在其质子化和随后对另一个3A分子的亲核攻击之间产生竞争，其中亚胺作为强Br?nsted碱激活PC2A的羟基（图3C）。这种竞争决定了5Aa和6Aa之间的产物分布。未检测到聚合产物，因为对第二个醛基的亲核攻击迅速伴随着分子内的环化，形成了稳定的六元环，最终产生6Aa。幸运的是，在优化条件下，亚胺中间体的质子化似乎非常受青睐。有趣的是，这种副产物的形成仅在酮酰胺2A中观察到，而在1A中未观察到，这表明PC2A是产生它的关键中间体。

然后我们在相同条件下研究了1A与3A之间的反应（图4B）。这次，在不同醛基浓度下研究反应速率时，观察到反应速率略有增加（计算的反应级数：0.10），醛基浓度范围从0.6到4当量。然而，由于计算出的转化限制步骤（见上文）之前是一个脱质子平衡，因此预期会出现饱和动力学。为了进一步支持这一假设，在较低的浓度下进行了动力学研究。令人欣慰的是，当醛基浓度在0.3到0.6当量之间时，观察到反应速率对醛基浓度的依赖性更强（计算的反应级数：0.61）。这种行为与饱和动力学理论一致，在低底物浓度下观察到伪一级依赖性，而在高浓度下测量到伪零级相关性。因此，这些观察结果支持所提出的机制，因为速率限制步骤（醛基参与的步骤）之前是一个预平衡（烯醇形成步骤）。总之，这些结果强调了单价Cu作为路易斯酸、TEA作为Br?nsted碱以及酰胺的NH作为氢键/质子穿梭基团在这些反应中实现高选择性的关键作用。α-酮酰胺双官能团亲核体的双齿特性显著增强了所得双齿烯醇的稳定性，使得模型A优于模型B（图4），同时占据了铜的所有可用配位位点。此外，α-酮酰胺观察到的不同反应性模式（图3C）源于所有催化组分之间的协同作用：(i) Cu(I)中心选择性地激活α-酮酰胺供体；(ii) α-酮酰胺框架本身抑制了亲核体的同系醛醇反应并防止自发环化成异电子酸；(iii) 弱碱避免了醛基亲电体的自缩合，其低碱性对于选择性至关重要，因为使用更强碱会导致来自醛基的同系醛醇副产物以及副产物6Aa；(iv) 手性双膦配体诱导了观察到的高水平立体诱导。最终，NH基团能够与醛发生外层相互作用，形成一个复合物。在该复合物形成烯醇后，它充当质子穿梭剂。在C?C键形成步骤（图3C）中，NH基团首先被烷oxide去质子化，生成一个亚胺醇中间体，随后被Et3NH+BF4?盐淬灭，从而得到所需产物。图4展示了1A与3a在L8存在下的缩醛反应进程：(A) 可能的Cu(I)烯醇、反应进程以及α-酮酰胺1A与醛3a间的交叉缩醛反应中能量最低的过渡结构；(B) 通过改变醛的用量（0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 1.0, 2.0, 3.0和4.0当量）对1A和3a反应进行的动力学研究；(C) 建议的反应机理。相对吉布斯自由能在kcal mol?1单位。数据计算采用M06(cpcm (THF))/6-311++G**&SDD//B3LYP-D3/6-31G*&SDD理论水平，距离单位为?。

尽管上述机理解释较为连贯，但在不同底物范围内的立体选择性差异提示我们进一步探究其他可能影响立体化学结果的因素。为此，我们首先进行了一系列实验来研究参与反应的烯醇结构。将酮酰胺2A在THF中与等摩尔的Cu(I)/(+)-BINAP复合物反应，随后加入过量的TEA（3当量）和TBSOTf（1.5当量），在-10°C下反应1小时后，生成了一种硅烷化的烯醇。该烯醇的几何构型通过NOE实验、化学位移值和耦合常数被确定为Z-烯醇。虽然这些条件不能完全模拟催化系统，但在这些捕获条件下仅生成一种烯醇的现象表明，竞争性的E/Z烯醇形成不太可能是导致观察到的立体选择性的主要因素。后续的控制实验表明，虽然产品在标准催化条件下的形成是受动力学控制的，但分离得到的缩醛产物在长时间暴露于催化系统时会发生部分逆缩醛反应，导致立体异构比例逐渐降低。因此，在没有铜/配体催化剂或碱的情况下，分离得到的5Aa（91:9 dr, 98% ee）在-10°C下是稳定的；而暴露于完整的催化系统（铜/配体催化剂和碱）后，5Aa迅速逆缩醛转化为2A和3a（3小时后转化率60%，93:15 dr；24小时后转化率76%，80:20 dr，93% ee）。

两个平行实验分别从2A:3A的1:1混合物（缩醛反应，蓝线）或分离得到的5Aa（逆缩醛反应，红线）在相同的催化条件下开始，5.5小时后达到了相似的5Aa浓度（图5a）。图5b展示了这两个实验从22.5小时到29.5小时的演变过程。在22.5小时到29.5小时之间（过夜）没有记录数据。值得注意的是，时间过程监测显示，5Aa浓度出现了意想不到的振荡波动（幅度20-50%），而不是通常的恒定平衡浓度（图5b）。通过加入过量的醛3a（2当量）可以抑制这种行为，该措施迅速促进了产物的形成，使5Aa浓度显著升高（30分钟内NMR产率约为70-75%；过夜后完全转化）。我们还通过对分离得到的5Aa在THF-d8中的逆缩醛反应进行1H NMR动力学研究，并改变了醛的浓度。初步结果表明，醛浓度影响5Aa的逆缩醛速率（图5c），这与可能的非线性抑制效应一致。

为了进一步探究醛量对反应可逆性的影响，我们重复了之前的实验，仅在反应29小时和45小时后分析了转化率和立体选择性。首先将缩醛5Aa样品（89:11 dr, 96% ee）置于标准催化系统（铜/配体催化剂和碱）中，在-10°C下反应29小时，此时观察到54%的转化率，并且剩余缩醛5Aa的立体异构比例略有下降（85:15 dr）。随后向 mixture中加入2当量的氢肉桂醛，并在同一温度下继续搅拌16小时，几乎完全使平衡向缩醛5Aa方向移动，转化率低于5%，立体化学结果基本不变（88:12 dr, 93% ee）。这些结果共同表明，醛浓度影响反应的可逆性。在过量醛存在下逆缩醛途径的显著减弱表明醛的作用可能不是单纯的中和作用，可能是通过醛产物的短暂配位（例如半缩醛型加合物的形成）稳定了C?C键，从而阻碍了其断裂。

综上所述，这种高效且高选择性的γ-羟基-α-酮酰胺合成方法结合使用了α-酮酰胺、手性Cu(I)复合物和三乙醇胺作为碱，在醛的反应中发挥作用。该反应对底物具有广泛的兼容性，可以处理具有各种官能团的α-酮酰胺供体，以及可烯醇化和不可烯醇化的醛。重要的是，这一平台现在能够简便地制备具有脂肪族取代结构的缩醛产物及其衍生物，如氨基二醇、γ-丁内酯和异构四酮酸。将α-酮酰胺作为吡ruvates的实用亲核替代品，这种方法为从天然氨基酸或肽衍生的一类新型α-酮酰胺提供了途径，在生物研究中具有巨大潜力。此外，这项工作还证明单价金属路易斯酸可以有效替代通常用于酶促和化学吡ruvate缩醛合成的二价金属阳离子。这为将该概念扩展到其他涉及α-酮酰胺作为取代吡ruvate替代物的反应提供了重要依据。