(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.)
正文
含有取代環(huán)丁烷單元的化合物廣泛存在于天然產(chǎn)物和生物活性分子等中,例如抗病毒藥物L(fēng)obucavir(1)、激酶抑制劑(2)、大麻素(3)、Welwitindolinone A isonitrile(4)、Arnamial(5)和Scopeusicide A(6)(Figure 1A)。目前,通過使用含有環(huán)丁烷單元的原料或環(huán)加成反應(yīng)是引入環(huán)丁烷的常用方法。最近,化學(xué)家們開發(fā)了幾種優(yōu)雅的引入環(huán)丁烷的方法。其中,光化學(xué)[2+2]環(huán)加成是最常見的方法,其利用原位生成的光激發(fā)中間體。然而,利用這些中間體進(jìn)行區(qū)域和立體選擇性的分子間反應(yīng)極具難度,常需使用專門的試劑或催化劑。因此,合成具有多個(gè)手性中心的高度官能團(tuán)化環(huán)丁烷的新方法,仍有待進(jìn)一步的探索。此外,利用張力促進(jìn)策略也是合成高度官能團(tuán)化環(huán)丁烷的有效方法(Figure 1B)。例如,芳炔(7a和7b)、非芳香族環(huán)炔烴(7c和7d)是一種高度反應(yīng)性中間體,易參與[2+2]環(huán)加成反應(yīng)。然而,對(duì)于張力環(huán)狀聯(lián)烯(8)參與的環(huán)加成反應(yīng),目前卻較少有相關(guān)的研究報(bào)道。近日,美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的Neil K. Garg課題組報(bào)道了一種張力誘導(dǎo)環(huán)狀聯(lián)烯的[2+2]環(huán)加反應(yīng),合成了一系列高度取代的環(huán)丁烷衍生物(Figure 1C)。其中,通過氟介導(dǎo)的硅基三氟甲磺酸酯9的1,2-消除生成的環(huán)狀聯(lián)烯8,其可與高度取代的烯烴10發(fā)生環(huán)加成反應(yīng),生成高度官能團(tuán)化的環(huán)加合物11,一步形成兩個(gè)新的C?C鍵。此外,通過選擇不同的捕獲劑,可獲得含有雜原子、稠環(huán)、連續(xù)手性中心、螺環(huán)和季碳中心的復(fù)雜骨架。并且,該策略無需使用金屬、Lewis酸或Br?nsted酸催化劑,也不需要導(dǎo)向或輔助基團(tuán)。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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首先,作者以氧雜聯(lián)烯13為模型底物,對(duì)烯烴的底物范圍進(jìn)行了擴(kuò)展(Figure 2)。非活化環(huán)外烯烴(16),可以42%的收率得到環(huán)加成產(chǎn)物17。含有α,β-不飽和內(nèi)酯的缺電子烯烴(18),可以85%的收率得到產(chǎn)物19,dr為4.3:1。含有雜原子的富電子烯烴(20、22和24),也能夠順利進(jìn)行反應(yīng),獲得相應(yīng)的產(chǎn)物21、23和25,收率為53-93%,dr為1.2:1-17:1。苯乙烯衍生物(26),也是合適的底物,可以94%的收率得到產(chǎn)物27,dr為2.8:1。
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其次,作者對(duì)雙烯胺底物的范圍進(jìn)行了擴(kuò)展(Figure 3)。通過對(duì)反應(yīng)條件的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),Bu4NOTf可以提高氟離子在有機(jī)溶劑中的溶解度,有利于反應(yīng)的進(jìn)行。N-Ts與N-Boc取代的雙烯胺底物(24和30),均可順利進(jìn)行反應(yīng),可獲得相應(yīng)的產(chǎn)物25(收率為83%,dr為17:1)和31(收率為82%,dr為15:1)。四氫氮雜?衍生物(32),可以88%的收率得到產(chǎn)物33,dr為10:1。含有取代的二烯胺底物(34和36),可獲得相應(yīng)的產(chǎn)物35(收率為72%,dr為2.2:1)和37(收率為81%,dr>19:1)。值得注意的是,產(chǎn)物35具有三個(gè)連續(xù)的手性中心。碘取代的底物(38),可以78%的收率得到產(chǎn)物39,dr為18:1。含有偕-二甲基取代的底物(40),可以85%的收率得到產(chǎn)物41,dr為1.5:1。
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緊接著,作者對(duì)(雜)芳基取代的烯烴的底物范圍進(jìn)行了擴(kuò)展(Figure 4)。苯乙烯衍生物(26),可以80%的收率得到產(chǎn)物27,dr為4.0:1。具有六元雜環(huán)的底物(46和48),可獲得相應(yīng)的產(chǎn)物47(收率為86%,dr為7.2:1)和49(收率為90%,dr為7.1:1)。多環(huán)取代的底物50,可以86%的收率得到產(chǎn)物51,dr為15:1。三或四取代烯烴底物(52、54、56和58),也能夠順利進(jìn)行反應(yīng),獲得相應(yīng)的產(chǎn)物53、55、57和59,收率為46-85%,dr為1.0:1-5.9:1。其中,產(chǎn)物53具有三個(gè)連續(xù)的手性中心,產(chǎn)物55、57和59具有相鄰的季碳中心。含有偕-二甲基單元的吡啶基取代的烯烴底物(60),可以82%的收率得到產(chǎn)物61,dr>19:1,其結(jié)構(gòu)通過X-射線晶體學(xué)進(jìn)行了驗(yàn)證。
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隨后,作者還對(duì)碳環(huán)聯(lián)烯的底物范圍進(jìn)行了擴(kuò)展(Figure 5)。硅基三氟甲磺酸酯衍生物(62和65)在CsF/MeCN條件下,可分別生成六元環(huán)中間體(63)與七元環(huán)中間體(66),通過進(jìn)一步的反應(yīng),可獲得相應(yīng)的產(chǎn)物64(收率為75%,dr為7.1:1)和67(收率為24%,dr為5.9:1)。然而,對(duì)于較小的五元環(huán)底物,未能有效的進(jìn)行反應(yīng)。
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此外,作者對(duì)產(chǎn)物的熱異構(gòu)化進(jìn)行了研究(Figure 6)。研究結(jié)果表明,該異構(gòu)化可能通過C6和C4′之間張力鍵的熱均裂發(fā)生(見底物25),然后是自由基重組,最終達(dá)到兩種異構(gòu)體之間的熱力學(xué)平衡。并且,在上述環(huán)狀聯(lián)烯的[2+2]捕獲反應(yīng)中觀察到的選擇性,反映了產(chǎn)物的動(dòng)力學(xué)分布。
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最后,作者對(duì)反應(yīng)的實(shí)用性進(jìn)行了研究(Figure 7)。首先,化合物68與38在上述標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng),可以82%的收率得到環(huán)加合物70,dr>19:1?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">70在DBU/MeNO2條件下反應(yīng),可以52%的收率得到具有四個(gè)連續(xù)手性中心的化合物71,dr>19:1?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">70可與硼試劑72在Pd(PPh3)2Cl2/K2CO3條件下進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng),可以32%的收率得到化合物73。其次,化合物74與76在上述標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng),可以43%的收率得到環(huán)加合物77?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">77在m-CPBA條件下進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng),可以47%的收率得到具有四個(gè)小環(huán)與三個(gè)連續(xù)手性中心的化合物78,dr>19:1。此外,化合物12與79在上述標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng),可以84%的收率得到環(huán)加合物80,dr為13:1?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">80與肟化合物81在NaHCO3/EtOAc條件下進(jìn)行(3+2)環(huán)加成反應(yīng),可以33%的收率得到具有五個(gè)連續(xù)手性中心的化合物82,dr>19:1。
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總結(jié)
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