(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.)
在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域,過(guò)渡金屬催化不對(duì)稱(chēng)碳-碳鍵形成的方法一直處于重要地位。在眾多方法中,鈀催化不對(duì)稱(chēng)烯丙基烷基化(Tsuji-Trost烯丙基化)反應(yīng)用于構(gòu)建C(sp3)-C(sp3)鍵的方法尤為突出(Scheme 1a)。在過(guò)去的幾十年里,鈀催化烯丙基C-H鍵功能化構(gòu)建碳-碳和碳-雜原子鍵的這種策略已經(jīng)得到了巨大的發(fā)展,但不對(duì)稱(chēng)烯丙基烷基化反應(yīng)的立體化學(xué)選擇性控制問(wèn)題仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。手性亞磷酰胺配體能很好的滿(mǎn)足鈀催化不對(duì)稱(chēng)烯丙基C-H鍵功能化反應(yīng)時(shí)的需求。應(yīng)用苯醌作為外源氧化劑,亞磷酰胺鈀活化1,4-二烯經(jīng)歷烯丙基C-H鍵斷裂過(guò)程形成末端π-烯丙基-Pd中間體,緊接著發(fā)生π-σ-π異構(gòu)化形成內(nèi)部π-烯丙基-Pd中間體,最后親核試劑進(jìn)攻該中間體生成具有三個(gè)區(qū)域選擇性位點(diǎn)的烯丙基化產(chǎn)物,每個(gè)位點(diǎn)均可表現(xiàn)出不同的Z/E-構(gòu)型和立體選擇性。因此,同時(shí)控制區(qū)域選擇性,Z/E-構(gòu)型和立體選擇性極具挑戰(zhàn)性。研究發(fā)現(xiàn),區(qū)域選擇性似乎取決于親核試劑的性質(zhì)(Scheme 1b)。例如,吡唑-5-酮作為親核試劑與1,4-二烯發(fā)生不對(duì)稱(chēng)烯丙基C-H鍵官能團(tuán)化反應(yīng),生成支鏈二烯產(chǎn)物。相反,如果親核試劑是5-烷基噻唑-4(5H)-酮?jiǎng)t會(huì)生成線(xiàn)性二烯產(chǎn)物,若將5-位烷基換成芳基,又會(huì)重新得到支鏈二烯產(chǎn)物。基于以上背景研究,作者報(bào)道了1,4-二烯與吖內(nèi)酯的不對(duì)稱(chēng)烯丙基C-H烷基化反應(yīng),生成熱力學(xué)不穩(wěn)定的Z-構(gòu)型支鏈二烯產(chǎn)物。該方法可進(jìn)一步用于海洋生物堿Lepadiformine的合成。同時(shí),作者通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)闡明了Z-構(gòu)型產(chǎn)物產(chǎn)生的原因以及Z/E-構(gòu)型和立體選擇性與親核試劑之間的關(guān)系。通過(guò)計(jì)算研究進(jìn)一步佐證了控制實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,闡明了烯丙基C-H鍵斷裂過(guò)程中經(jīng)歷的質(zhì)子轉(zhuǎn)移和雙電子轉(zhuǎn)移發(fā)生協(xié)同作用的過(guò)程。
以吖內(nèi)酯1a和(E)-1,4-辛二烯2a作為模板底物優(yōu)化條件后,作者最終選用的最優(yōu)條件為:2 mol%的Pd(dba)2,2 mol%的手性亞磷酰胺絡(luò)合物L5作為催化劑,110 mol%2,5-二甲基苯醌(2,5-DMBQ)作為氧化劑,甲苯為最優(yōu)溶劑,在25 ℃條件下反應(yīng)20 h,可以99%的收率和99%的對(duì)映選擇性得到目標(biāo)產(chǎn)物(Table 1)。值得一提的是,若加入手性磷酸作為共催化劑,則不能得到目標(biāo)產(chǎn)物。
(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.)
在最優(yōu)反應(yīng)條件下,作者考察了1,4-戊二烯的底物范圍(Scheme 2)。伯烷基和仲烷基取代(3ab-3ae)、氯代烷基取代(3af)、含酯、酰胺、醇羥基和雜環(huán)芳基官能團(tuán)的烷基取代(3ag-3al)的1,4-戊二烯都能很好的適應(yīng)反應(yīng)條件,可以高收率和高選擇性得到支鏈二烯產(chǎn)物。芳基取代二烯可以反應(yīng),但其支鏈產(chǎn)物對(duì)酸敏感,不能被分離出來(lái)。幸運(yùn)的是,該產(chǎn)物可被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為α,α-二取代α-氨基酯(3am'-3aq'),并具有高產(chǎn)率和優(yōu)異的立體選擇性。緊接著,作者對(duì)吖內(nèi)酯進(jìn)行底物擴(kuò)展。吖內(nèi)酯C2位苯基無(wú)論是對(duì)位取代還是間位取代(3ba-3ga)以及C4位烷基取代(3ha-3ka)均能很好的適應(yīng)反應(yīng)條件,可以良好的收率和優(yōu)秀的立體選擇性得到支鏈二烯產(chǎn)物。
(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.)
海洋生物堿Lepadiformines因其多樣的生物學(xué)效應(yīng)受到研究人員的廣泛關(guān)注。作者選用1l和 2r 或2s作為初始原料,在最優(yōu)條件下進(jìn)行克級(jí)反應(yīng),以?xún)?yōu)異的產(chǎn)率和對(duì)映選擇性得到相應(yīng)的Z-構(gòu)型產(chǎn)物3lr和3ls。Z-構(gòu)型產(chǎn)物經(jīng)硼氫化物還原,然后進(jìn)行Dess-Martin氧化反應(yīng)得到相應(yīng)的醛4a和4b。緊接著,4a和4b經(jīng)歷Wittig烯化反應(yīng)原位形成的亞甲基三苯基膦,然后轉(zhuǎn)化為所需的末端烯烴5a和5b。Grubbs II催化5a和5b發(fā)生成環(huán)反應(yīng),得到環(huán)己-1,3-二烯6a和6b。Pd(OH)2/C催化6a和6b脫掉O保護(hù)基Bn, 然后經(jīng)氫化鋁鋰還原得到7a和7b。Pd/C催化7a和7b脫掉N-對(duì)甲氧基芐基保護(hù)基,然后經(jīng)HCl水解去除縮酮保護(hù)基團(tuán)得到亞胺中間體,緊接著在Pd/CaCO3催化作用下還原成8a和8b。8a和8b在甲磺酰氯和三乙胺作用下發(fā)生脫水環(huán)化反應(yīng)生成9a和9b,進(jìn)一步通過(guò)Rychnovsky’s 途徑最終得到天然產(chǎn)物Lepadiformines A和Lepadiformines B(Scheme 3)。
(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.)
緊接著,作者通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)闡明了Z-構(gòu)型產(chǎn)物產(chǎn)生的原因以及Z/E-構(gòu)型和立體選擇性與親核試劑之間的關(guān)系。通過(guò)計(jì)算研究進(jìn)一步佐證了控制實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,闡明了烯丙基C-H鍵斷裂過(guò)程中經(jīng)歷的質(zhì)子轉(zhuǎn)移和雙電子轉(zhuǎn)移發(fā)生協(xié)同作用的過(guò)程。
小結(jié):龔流柱團(tuán)隊(duì)報(bào)道了亞磷酰胺鈀催化1,4-二烯與吖內(nèi)酯的不對(duì)稱(chēng)烯丙基C-H烷基化反應(yīng),以?xún)?yōu)良的收率和對(duì)映選擇性合成了熱力學(xué)不穩(wěn)定的Z-構(gòu)型二烯產(chǎn)物。該方法可進(jìn)一步用于海洋生物堿Lepadiformine的合成。同時(shí),作者通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)闡明了Z-構(gòu)型產(chǎn)物產(chǎn)生的原因以及Z/E-構(gòu)型和立體選擇性與親核試劑之間的關(guān)系。通過(guò)計(jì)算研究進(jìn)一步佐證了控制實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,闡明了烯丙基C-H鍵斷裂過(guò)程中經(jīng)歷的質(zhì)子轉(zhuǎn)移和雙電子轉(zhuǎn)移發(fā)生協(xié)同作用的過(guò)程。
撰稿人:暖冬
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