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Nat. Chem.:酚羥基“對(duì)位”到“間位”的異構(gòu)化反應(yīng)

來(lái)源:化學(xué)加原創(chuàng)      2024-05-20
導(dǎo)讀:近日,加拿大麥吉爾大學(xué)(McGill University)Jean-Philip Lumb課題組發(fā)展了通過(guò)相應(yīng)的鄰醌的區(qū)域選擇性重氮化實(shí)現(xiàn)了酚羥基的“移位”。該方法直接利用簡(jiǎn)單易得的對(duì)位取代的苯酚合成了間位取代的苯酚,并展示出良好的化學(xué)選擇性,且可以在復(fù)雜分子的后期官能團(tuán)化過(guò)程中得到應(yīng)用。通過(guò)對(duì)羥基的電子效應(yīng)和氫鍵作用的改進(jìn),此“移位”策略還可以應(yīng)用于多樣的天然產(chǎn)物和現(xiàn)有化合物庫(kù),并可以縮短罕見(jiàn)的芳烴異構(gòu)體的合成路線(xiàn)并降低合成成本。相關(guān)成果發(fā)表在Nat. Chem.上,文章鏈接DOI:10.1038/s41557-024-01512-1。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.


正文

苯酚及其衍生物廣泛存在于自然界中,其是至關(guān)重要的工業(yè)化學(xué)品。它們的化學(xué)性質(zhì)與芳香環(huán)的相對(duì)取代模式密切相關(guān),由此體現(xiàn)了眾所周知的羥基電子效應(yīng)。由于羥基是鄰對(duì)位定位基,因此實(shí)現(xiàn)間取代苯酚的合成較為困難。近日,加拿大麥吉爾大學(xué)Jean-Philip Lumb課題組發(fā)展了酚羥基的“移位”策略,可直接將簡(jiǎn)單易得的對(duì)取代苯酚以良好的化學(xué)選擇性轉(zhuǎn)化為間取代苯酚。此外,該轉(zhuǎn)化可以用于一系列復(fù)雜生物活性分子,具有良好的實(shí)用性(Fig. 1)。化學(xué)加——科學(xué)家創(chuàng)業(yè)合伙人,歡迎下載化學(xué)加APP關(guān)注。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

首先,作者以對(duì)叔丁基苯酚9作為起始原料對(duì)反應(yīng)進(jìn)行探索(Fig. 2)。通過(guò)一系列條件篩選,作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用1 (0.5 mmol), IBX (0.6 mmol), 在DMF (2.5 ml)中室溫反應(yīng)1 h;隨后冷卻至?46 °C并加入TPSH (2,4,6-triisopropylbenzenesulfonyl hydrazide) (0.6 mmol), AcOH (10 mmol), 在DMF (0.75 ml)中反應(yīng)2 h, 并將體系溫度升至4 °C;接下來(lái)加入Cu(MeCN)4PF6 (10 mol%), 50% wt. H3PO2 aq. (30 mmol), 室溫?cái)嚢?nbsp;40 min,可以以97%的核磁收率得到間位叔丁基取代的苯酚產(chǎn)物12p (m:p = 5.6 : 1.0)。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

在得到了最優(yōu)反應(yīng)條件后,作者對(duì)此轉(zhuǎn)化的底物兼容性進(jìn)行了考察(Table 1)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明雜原子取代、烷基取代、芳基取代以及多取代的苯酚均可順利兼容此轉(zhuǎn)化,并以20-97%的核磁收率得到相應(yīng)的間取代苯酚產(chǎn)物12a-12z, 12aa12ab。其中包括烷基、烷氧基、苯氧基、烯丙基、酯基、酰胺基、糖基、吡咯、哌啶、硫醚、羥基、鹵素等一系列骨架和基團(tuán)均可兼容,證明了此轉(zhuǎn)化具有廣泛的底物范圍。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

接下來(lái),作者探索了此策略在分子后期異構(gòu)化的應(yīng)用(Fig. 3)。例如,依澤替米貝(ezetimibe)(13)是一種常用的降膽固醇藥物。盡管間位-依澤替米貝(14)與13具有許多相似的結(jié)構(gòu)特征,但其合成目前尚未有報(bào)道。14的制備需要從頭合成,其合成路線(xiàn)長(zhǎng)度可能與從對(duì)羥基苯甲醛制備13所需的8步相當(dāng),因此在藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能會(huì)被忽視或不優(yōu)先考慮作為候選藥物。而利用此異構(gòu)化方法可以直接使用13為起始原料,以41%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的間位異構(gòu)體產(chǎn)物14。由此證明在β-內(nèi)酰胺和氧化敏感的二級(jí)芐醇存在下異構(gòu)化過(guò)程的化學(xué)選擇性,這為探索常用藥物的對(duì)位到間位異構(gòu)化體的生物學(xué)效應(yīng)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)(Fig. 3a)。此外,在某些反應(yīng)情況下,僅能得到苯酚的對(duì)位異構(gòu)體,而要得到間位異構(gòu)體則需要重新合成。例如,(R)-phenylephrine (18)是一種α1-腎上腺素受體激動(dòng)劑,其可以由苯乙酮開(kāi)始通過(guò)不少于9步合成出來(lái),其中包括不對(duì)稱(chēng)氫化來(lái)構(gòu)建二級(jí)芐醇。由于其對(duì)位異構(gòu)體(R)- synnephrine (15)可以從柑橘中提取,因此通過(guò)此方法,可以有效縮短18的合成路線(xiàn)(Fig. 3b)。Genistein (19)是黃酮類(lèi)天然產(chǎn)物家族的代表成員,其具有一系列生物活性。而利用21通過(guò)三步才可以實(shí)現(xiàn)其間位異構(gòu)體20的合成。而利用此方法可以以19為起始原料,一步實(shí)現(xiàn)20的合成(59%)(Fig. 3c)。L-酪氨酸及其衍生物很容易從自然資源中獲得,但得到自然豐度相對(duì)較低的間位酪氨酸則需要從L-絲氨酸(26)開(kāi)始通過(guò)四步實(shí)現(xiàn)。而利用此方法可以利用商業(yè)可得的Boc-(22)或Fmoc-(23)保護(hù)的L-酪氨酸甲酯為起始原料,分別以70%和82%的產(chǎn)率得到間位產(chǎn)物2425(Fig. 3d)。

由于許多后期官能團(tuán)化反應(yīng)可以通過(guò)EArS(親電芳香取代)反應(yīng)以鄰位/對(duì)選擇性引入苯酚,因此此異構(gòu)化策略可以將這些方法擴(kuò)展,為得到互補(bǔ)的間位異構(gòu)體提供機(jī)會(huì)。例如,Ritter課題組所報(bào)道的對(duì)農(nóng)藥pyriproxyfen (27)進(jìn)行對(duì)位選擇性羥基化反應(yīng),可以專(zhuān)一的得到對(duì)位異構(gòu)體28。利用此策略以28為起始原料,可以41%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的間位異構(gòu)體29(Fig. 3e)。Stahl課題組通過(guò)簡(jiǎn)單羰基化合物的縮合和有氧氧化,可以實(shí)現(xiàn)苯酚的間位取代模式。作者利用Stahl課題組的方法制備出了3-苯基-5-叔丁基苯酚30,并在標(biāo)準(zhǔn)條件下發(fā)生異構(gòu)化,可以以58%的產(chǎn)率得到3132(2.4:1.0)的混合異構(gòu)體(Fig. 3f)。最后,作者同樣利用Stahl課題組的方法制備出了33,并通過(guò)銅催化的有氧氧化和脫氫(34)以及重氮化和還原以28%的產(chǎn)率得到了具有較大立體位阻的4-菲酚產(chǎn)物35。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.


總結(jié)

Jean-Philip Lumb課題組通過(guò)鄰醌的區(qū)域選擇性重氮化實(shí)現(xiàn)了酚羥基的“移位”,直接利用簡(jiǎn)單易得的對(duì)取代苯酚以良好的化學(xué)選擇性合成了間取代苯酚。值得注意的是此策略可以應(yīng)用于復(fù)雜生物活性分子的異構(gòu)化,為罕見(jiàn)的間位芳烴異構(gòu)體的合成提供了新的策略,大大縮短了合成步驟并節(jié)約了合成成本。

文獻(xiàn)詳情:

para- to meta-isomerization of phenols. 
Simon Edelmann, Jean-Philip Lumb*.
NatChem., 2024
 https://doi.org/10.1038/s41557-024-01512-1.

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