氮雜環(huán)丙烷類化合物是一類重要的小環(huán)雜環(huán)化合物,在天然產(chǎn)物和藥物中具有重要作用。之前報(bào)道的氮保護(hù)的氮雜環(huán)丙烷硅化的方法主要通過與硅親電試劑的非催化轉(zhuǎn)金屬化過程實(shí)現(xiàn)。J?rgensen課題組通過銅催化三甲基硅基重氮甲烷和亞胺的[2+1]環(huán)加成反應(yīng)首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)該底物的催化不對(duì)稱合成,但效果不佳。另外,Ooi課題組通過NHC催化實(shí)現(xiàn)了對(duì)C-硅基化含氮環(huán)丙烷外消旋混合物的動(dòng)力學(xué)拆分。從已知方法來看,不飽和含氮三元環(huán)的親核加成反應(yīng)是可行的,但目前還沒有關(guān)于硅親核試劑對(duì)2H-吖丙因不對(duì)稱加成的報(bào)道。
2H-吖丙因類化合物可被視為環(huán)亞胺,其3-取代衍生物為低活性酮亞胺。作者、Sato和何偉課題組分別以Si-B試劑作為硅親核試劑的來源,開發(fā)了銅催化對(duì)醛亞胺的硅基化不對(duì)稱加成反應(yīng)。只有何偉課題組的反應(yīng)體系適用于反應(yīng)性較低的酮亞胺,雖然反應(yīng)的對(duì)映選擇性較好但產(chǎn)率較低。因此,對(duì)酮亞胺進(jìn)行硅基化不對(duì)稱加成的反應(yīng)體系還有待進(jìn)一步的探索。
圖1. 研究背景(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
首先,作者以1a為模型底物進(jìn)行了底物篩選。最終發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)體系組成為Cu(CH3CN)4PF6(3.0 mol%)、(R,R)-Ph-BPE (L1, 3.6 mol%)、LiOtBu(40 mol%)、Me2PhSiBPin(2a,1.5當(dāng)量)、MeOH:H2O(1:1,2.0當(dāng)量)和THF作溶劑時(shí)可以98%產(chǎn)率和95% ee得到目標(biāo)產(chǎn)物(S)-3aa。
圖2. 條件篩選(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
隨后,作者在最優(yōu)條件下進(jìn)行了底物拓展。含烷基取代芳基的2H-吖丙因1b-f的反應(yīng)結(jié)果與1a相似。1h中的聯(lián)苯取代基和1i中的萘取代基與反應(yīng)完全兼容。1j-m中的甲氧基和芐氧基以及1n中受保護(hù)的鄰苯二酚對(duì)產(chǎn)率和對(duì)映選擇性均無影響;1o中的硫醚同樣可以耐受。同樣,1p中的乙酰氧基和1q中的三氟甲氧基對(duì)結(jié)果也沒有影響。像三氟甲基(1r)、氰基(1s)和乙?;?1t)等強(qiáng)吸電子基團(tuán)也可反應(yīng),但效果較差。鹵代底物1u-z得到的產(chǎn)物同樣產(chǎn)率高,對(duì)映選擇性好。具有一個(gè)鄰位取代基的二鹵代衍生物1a'和1b'隨著鹵素基團(tuán)大小的增加,對(duì)映性選擇性有降低的趨勢(shì)(F在3a'a中時(shí)ee為86%, Cl在3b'a中時(shí)ee為50%)。對(duì)于雜環(huán)來說,1c'的噻吩環(huán)的對(duì)應(yīng)產(chǎn)物3c'a的ee值相比之下較低,為77%。一些3-烷基取代的2H-吖丙因(灰色框)表明,2°烷基取代基 (3d'a為80% ee)對(duì)映體選擇性略有減弱,但1°烷基取代基仍然效果較好。通過X-射線衍射數(shù)據(jù),作者確證了3na和3pa的絕對(duì)構(gòu)型為S。總的來說,該反應(yīng)具有極好的官能團(tuán)耐受性。
圖3. 底物拓展一(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
為了確定該方法是否適用于其它亞胺,作者又嘗試了張力較小的環(huán)酮亞胺4以及非環(huán)N-甲基取代的醛亞胺5和酮亞胺6,它們都沒有得到預(yù)期的結(jié)果。這強(qiáng)調(diào)了在2H-吖丙因中高活性C=N鍵的必要性。作者還用1a與其它Si-B試劑2b-d進(jìn)行反應(yīng),但只有與Et3SiBpin (2b)的反應(yīng)以84%的產(chǎn)率和64%的ee得到產(chǎn)物。具有較大硅基的硅基硼酯2c和2d不參與加成反應(yīng),起始原料也沒有轉(zhuǎn)化。
圖4. 底物拓展二(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
為了展示這一反應(yīng)的應(yīng)用價(jià)值,作者對(duì)(S)-3aa進(jìn)行了兩次轉(zhuǎn)化。未保護(hù)的(S)-3aa用3,5-二硝基苯甲酰氯?;?,然后用Lawesson試劑處理,這一過程將經(jīng)歷酰胺的重排以產(chǎn)生構(gòu)型保留的噁唑啉衍生物(S)-7。此外,磺胺(S)-8氫化得到β-硅胺衍生物(S)-9,收率為95%,ee為90%。
圖5. 反應(yīng)應(yīng)用(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
為了解釋該反應(yīng)對(duì)映選擇性的成因,作者基于建立的銅(I)-(R,R)-Ph-BPE手性絡(luò)合物模型,提出了兩種可能的過渡態(tài)。如圖6所示,手性催化劑口袋的一個(gè)空缺部分可以容納2H-吖丙因C3上的取代基(左),而另一個(gè)過渡態(tài)因?yàn)?/span>該取代基與配體骨架上的苯基之間的空間相互作用導(dǎo)致斥力較大,從而導(dǎo)致該過渡態(tài)不利于反應(yīng)進(jìn)行(右)。這與絕對(duì)構(gòu)型是S的結(jié)果是一致的。該模型還有助于理解為什么體積較大的硅基沒有遷移,這是因?yàn)?/span>對(duì)于三乙基硅基來說,由于沒有π-π堆疊相互作用,過渡態(tài)并不緊湊不足以發(fā)生這一過程。
圖6. 反應(yīng)過渡態(tài)(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
總結(jié)
Martin Oestreich課題組首次報(bào)道了C-硅基化,N-未保護(hù)的氮雜環(huán)丙烷的催化不對(duì)稱合成。這是通過對(duì)映選擇性銅催化3-取代的2H-吖丙因與硅基硼酯的加成反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。與其它環(huán)酮亞胺和非環(huán)酮亞胺相比,這些較大張力的環(huán)酮亞胺具有足夠的反應(yīng)性,即親電性,可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。該反應(yīng)具有極好的官能團(tuán)耐受性,具備一定應(yīng)用價(jià)值。
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