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Angew:鈀催化PIDA-介導氨基酸衍生物的δ-C(sp3)-H乙酰氧基化反應

來源:化學加原創(chuàng)      2022-10-17
導讀:近日,西班牙馬德里自治大學Juan C. Carretero、Ramón Gómez Arrayás和Nuria Rodríguez團隊報道了一種鈀催化N-(SO2Py)-保護的氨基酸衍生物的選擇性δ-C(sp3)-H乙酰氧基化反應,其中使用PhI(OAc)2(PIDA)作為終端氧化劑和乙酰氧基源。與傳統(tǒng)的羰基導向基團相比,SO2Py獨特的結構和電子特征更有利進行δ-C(sp3)-H鍵的活化。此外,作者還通過相關的控制實驗以及DFT計算,進一步對化學和區(qū)域選擇性的機理進行了研究。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

在過去的幾十年中,過渡金屬催化C(sp3)-H鍵直接轉化為C-C和C-X鍵得到了快速的發(fā)展。其中,考慮到OAc基團在生物活性化合物中的重要性,C-H鍵的氧化反應,特別是乙酰氧基化反應受到了極大的關注。大多數(shù)情況下,導向基團(DG)輔助金屬環(huán)的形成可降低C-H活化的能壘并確保區(qū)域選擇性。然而,對于形成5-元鈀環(huán)的強烈偏好限制了鈀催化在γ-位進行C(sp3)-H乙酰氧基化反應。通過更大的鈀環(huán)中間體實現(xiàn)更遠程的位點選擇性仍是一個具有挑戰(zhàn)的課題,迄今為止僅有少數(shù)幾個成功的例子。實際上,前期Martin與余金權課題組報道了脂肪族C-H鍵的導向δ-乙酰氧基化反應,但僅限于苯甲酸衍生物的羧酸酯導向的內酯化反應。對于分子間遠程脂肪族C-H鍵的氧化方法仍具有挑戰(zhàn)。同時,當體系存在多個C-H活化的位點時,反應更具難度。

此外,缺乏δ-位C(sp3)-H氧化反應先例可能是規(guī)避了競爭性分子內C-H胺化過程內在挑戰(zhàn)的結果。例如,在經典的C-H乙酰氧基化條件下,陳弓和Daugulis課題組分別報道了吡咯烷衍生物的形成,通過Pd-催化吡啶甲酰胺(PA,picolinamide)保護脂肪族胺的分子內δ-C-H胺化反應,其中使用碘苯二乙酸(PIDA)作為化學計量氧化劑。類似地,姚英明和趙應聲課題組報道了一種使用N,O-二齒草酰胺作為DG,PIDA-介導的脂族胺C-H/N-H鍵的環(huán)化反應(Scheme 1a)。

最近,可去除的N-(2-吡啶基)磺?;?/span>N-SO2Py)導向基團,具有獨特的控制δ-C(sp3)-H鍵活化的能力,并超越了傳統(tǒng)α-AAs在芳基化反應中的γ-CH2鍵的選擇性。近日,西班牙馬德里自治大學Juan C. Carretero、Ramón Gómez Arrayás和Nuria Rodríguez課題組報道了一種鈀催化N-(SO2Py)-保護的氨基酸衍生物的選擇性δ-C(sp3)-H乙酰氧基化反應,其中使用PhI(OAc)2(PIDA)作為終端氧化劑和乙酰氧基源(Scheme 1b)。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

首先,作者以含有N-SO2Py導向基團的1作為底物,Pd(OAc)2作為催化劑,PhI(OAc)2作為終端氧化劑和乙酰氧基源,AcOH作為添加劑,在甲苯溶劑中140 oC反應16 h,可以98%的收率得到相應的δ-C(sp3)-H乙酰氧基化產物(Table 1)。。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

在獲得上述最佳反應條件后,作者對底物范圍進行了擴展(Scheme 2)。首先,一系列α,α-二取代-AAs,均可順利進行反應,獲得相應的產物29-33,收率為51-75%。對于α,α-二甲基取代甲胺衍生物(缺乏酯基取代),僅獲得41%收率的產物34。其次,當?shù)孜锏?/span>γ-位含有各種芳基以及烷基取代時,反應也能夠順利進行,獲得相應的產物35-42,收率為52-98%。其中,對于同時含有多個δ-C(sp3)-H鍵的底物,反應可進行多次δ-C(sp3)-H乙酰氧基化反應,如38-3941-42。此外,對于α-AAs,僅獲得15%收率的產物43。對于γ-取代的α-AAs,僅獲得28%收率的產物44。對于β-取代的α-AAs,可順利進行反應,獲得相應的產物45-47,收率為51-89%。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

同時,作者發(fā)現(xiàn),對于具有雙重δ-C(sp3)-H鍵的底物,在PhI(OPiv)2/ Pd(OAc)2條件下,可單選擇性進行新戊氧基化(pivaloxylation)反應,可以63%的收率得到48-mono。48可在PhI(OAc)2/Pd(OAc)2/AcOH條件下繼續(xù)進行δ-C(sp3)-H乙酰氧基化反應,可以80%的收率得到化合物49(Scheme 3)。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

并且,通過對反應條件的稍微修改后發(fā)現(xiàn),該策略還可用于γ-C(sp3)-H乙酰氧基化反應,獲得相應的產物56-61,收率為36-97%(Scheme 4)。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

為了進一步證明反應的實用性,作者以1作為底物,在標準條件下可順利進行δ-C(sp3)-H乙酰氧基化反應,可以70%的收率得到化合物77中的導向基團很容易在Zn/HCl的THF溶液進行去除,可以98%的收率得到化合物62(Figure 4)。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

此外,通過對底物1的氫氘置換實驗表明,C-H活化步驟是不可逆的(Scheme 6)。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

此外,作者還對反應機理進行了相關的DFT計算研究(Figure 1)。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

基于上述的研究以及相關文獻的查閱,作者提出了一種合理的催化循環(huán)過程(Scheme 7)。首先,1與活性Pd(II)-醋酸酯配合物經配位和去質子化,生成中間體IM1。IM1經氧化加成,生成中間體IM2。隨后,IM2經C-H活化過程,生成中間體IM3-δ,涉及協(xié)同金屬化去質子化(CMD)過程。此外,上述生成的AcOH作為鈀上的配體,可充當質子梭,從而促進分子內轉移-質子化,生成中間體IM4-δIM4-δ經還原消除,可生成中間體IM5-δ。IM5-δ經去配位后,可獲得最終的產物,并再生活性的Pd(II)配合物。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

總結

西班牙馬德里自治大學Juan C. Carretero、Ramón Gómez Arrayás和Nuria Rodríguez團隊報道了一種鈀催化N-(SO2Py)-保護的氨基酸衍生物的選擇性δ-C(sp3)-H乙酰氧基化反應,其中使用PhI(OAc)2(PIDA)作為終端氧化劑和乙酰氧基源。同時,使用N-SO2Py作為DG,有利于實現(xiàn)化學選擇性(分子間C-O優(yōu)先于分子內的C-N鍵的形成)和區(qū)域選擇性(δ-CH3活化優(yōu)先于γ-CH2的活化)的控制。此外,作者還通過相關的控制實驗以及DFT計算,進一步對化學和區(qū)域選擇性的機理進行了研究。


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