(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
正文
近年來,去芳構化領域備受關注。同時,二維分子通??赊D化為富含sp3的三維骨架,具有高度的區(qū)域和對映控制性。其中,一個有吸引力的靶點是吡啶核心,因為吡啶的去芳構化可生成藥物相關的二氫吡啶,并且在進一步官能團化后,可合成具有價值的哌啶砌塊。作為當時具有挑戰(zhàn)性的吡啶Birch還原的替代策略,半個世紀前,化學家們已開發(fā)了一種還原性1,4-雙硅基化反應。后來化學家們意識到,在去硅基化再芳構化之前,所得到的1,4-雙硅基化的1,4-二氫吡啶可以用額外的取代基修飾,從而通過臨時去芳構化實現(xiàn)吡啶的區(qū)域選擇性形式親電取代。鑒于吡啶和吡啶鎓離子的缺電子性質,添加親核試劑是破壞其芳香性的另一種可能性。早期,利用這一策略,Comins課題組(J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10972.)完成了在氮原子上帶有手性助劑的酰基吡啶鎓離子的C2-選擇性硅基化反應。隨后,Mangeney課題組(Tetrahedron 1998, 54, 10349.)和Comins課題組(Org. Lett. 2005, 7, 5059.)實現(xiàn)了銅基硅親核試劑與C3-位具有手性基團的?;拎ゆf離子的非對映與C4-選擇性加成反應(Scheme 1,top)。然而,對于此類的催化不對稱版本仍然缺失。長期以來,Oestreich課題組一直致力于銅催化硅基化反應的研究,該反應使用Si-B試劑作為硅前親核試劑。Ohmura和Suginome課題組還報道了一種依賴于Pd(0)/Pd(II)催化的不同方法(Scheme 1,middle)。此外,化學家們最近還報道了幾種碳親核試劑參與相關對映和C4-區(qū)域選擇性加成的例子?;谏鲜龅目偨Y,近日,柏林工業(yè)大學Martin Oestreich課題組報道了一種銅催化前手性吡啶鎓離子與硅親核試劑的C4-選擇性去芳構化反應(Scheme 1,bottom)。化學加——科學家創(chuàng)業(yè)合伙人,歡迎下載化學加APP關注。
(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
首先,作者以N-甲基吡啶鎓三氟甲磺鹽(N-methylpyridinium triflate)1a與Si–B試劑2a作為模型底物,進行了相關去芳構化反應條件的篩選(Table 1)。當?shù)孜镏械碾x去基團為OTf,以Cu(CH3CN)4PF6(10 mol %)作為預催化劑,(R,R)-Ph-BPE(20 mol %)作為配體,LiOtBu(2.5 equiv)作為堿,在1,4-dioxane/水(4:1)混合溶劑中室溫反應,可以75%的收率得到產物3aa,ee為96%。
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在獲得上述最佳反應條件后,作者對其它的3-取代的三氟甲磺酸吡啶鎓進行了研究(Figure 1)。研究結果表明,當?shù)孜镏械?/span>C3-位含有-COMe(4a)時,可以48%的收率和90% ee得到產物5aa。相反,當?shù)孜镏械?/span>C3-位含有-CONH2(6a)與-CONPh2(8a)時,反應的效率較差。同時,當?shù)孜镏械?/span>C3-位含有-CN、-F和-NO2時,反應未能有效的進行。
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其次,作者對煙酸衍生物的底物的范圍進行了擴展(Scheme 3)。首先,當?shù)孜?/span>1中的R1為各種烷基、芳基、芐基與烯丙基等時,均可順利反應,獲得相應的產物3aa-3ha,收率為62-76%,ee為94-99%。其次,當?shù)孜?/span>1中的C5-位含有-Br或-F時,反應的效率有所降低,可以39%的收率得到產物3ia(93%ee)和34%的收率得到產物3ja(65%ee)。當?shù)孜?/span>1中的C6-位含有各種雜芳基時,也與體系兼容,獲得相應的產物3ka-3na,收率為59-74%,ee為97-99%。具有喹啉骨架的底物,也是合適的底物,可以85%的收率得到產物3na,但ee僅為25%。此外,當?shù)孜?/span>1中的R3為各種烷基與芐基時,均可順利進行反應,獲得相應的產物3pa-3xa,收率為33-73%,ee為86-99%。
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同時,作者還對Si–B試劑的范圍進行了考察(Figure 2)。研究表明,Me2PhSi-Bpin(2a)遠遠優(yōu)于其他Si-B試劑(2b、2c和2d)。只有Et3Si-Bpin(2b)以低收率得到了1,4-二氫吡啶3ab,但ee值很低。位阻較大的tBuPh2Si-Bpin(2c)得到復雜的反應混合物,而Ph3Si-Bping(2d)根本沒有反應。
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基于相關文獻的查閱,作者提出了一種合理的催化循環(huán)過程(Scheme 3)。首先,在醇鹽堿和水的存在下,銅(I)預催化劑和雙齒(R,R)-Ph-BPE通過Si-B試劑2的轉金屬化生成催化活性的硅基銅(I)配合物I。配合物I中的羰基不僅活化吡啶鎓離子,而且作為導向基團生成弱Lewis對II。同時,Lewis對II與另一種弱加合物III平衡,其中C3和C4之間的吡啶環(huán)通過銅(I)中心配位。(R,R)-Ph-BPE配體在預組織(preorganized)III中可以是單齒的,并且磷供體可以幫助將軟硅親核試劑遞送到C4-位,生成中間體IV。中間體IV中陽離子(R,R)-Ph-BPE–copper(I)單元解離后,生成目標的二氫吡啶產物3,并再生銅(I)催化劑。該步驟涉及通過氫氧化物(來自水)、醇鹽或三氟甲磺酸鹽形成的陰離子氧親核試劑,并且可能在水存在下加速。這些得到的中性銅(I)配合物中的任何一個都與Si-B試劑2進行另一次轉金屬化催化,以關閉催化循環(huán)。
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緊接著,作者對反應的實用性進行了研究(Scheme 4)。首先,3aa中的富電子雙鍵可以進行化學選擇性氫化,可以58%的收率得到環(huán)己烯衍生物13,ee為95%。化合物13通過進一步的還原反應,可以37%的收率得到哌啶衍生物14,dr > 20:1。化合物14與MeOTf進行成鹽,可以56%的收率得到銨鹽14·HOTf。其次,化合物13、NFSI與Me3SiCN在吡啶/乙腈條件下進行氟氰化反應,可以61%的收率得到哌啶衍生物15,dr > 20:1。此外,化合物3aa也可與肟化合物16進行1,3-偶極環(huán)加成反應,可以83%的收率得到雜環(huán)化合物17,dr > 20:1。
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總結
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