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K. M. Engle最新Angew:兩親性有機(jī)鹵化物的σ-鍵環(huán)化反應(yīng)

來(lái)源:化學(xué)加原創(chuàng)      2023-06-19
導(dǎo)讀:近日,輝瑞腫瘤藥物化學(xué)部(Pfizer Oncology Medicinal Chemistry)Indrawan J. McAlpine和美國(guó)斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute)Keary M. Engle課題組在Angew. Chem. Int. Ed.上報(bào)道了首例PdII催化,利用C(sp3)-H活化與β-雜原子(O、N、S)消除串聯(lián)得到的PdII(π-alkene)中間體與兩親性有機(jī)鹵化物的氧化還原中性環(huán)化反應(yīng),以良好的非對(duì)映選擇性實(shí)現(xiàn)了一系列五元和六元(雜)環(huán)的構(gòu)建。值得注意的是,利用手性氨基酸衍生的底物可順利參與反應(yīng),實(shí)現(xiàn)其它方法難以獲得的氨基酸衍生的雜環(huán)化合物的合成,且ee值可以得到保持。盡管該反應(yīng)機(jī)制復(fù)雜,但條件簡(jiǎn)單且操作簡(jiǎn)便。文章鏈接DOI:10.1002/anie.202306581。

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(圖片來(lái)源:Angew. Chem. Int. Ed.

正文

雜環(huán)和碳環(huán)是藥物和天然產(chǎn)物中的重要結(jié)構(gòu)骨架。目前,獲得此類(lèi)結(jié)構(gòu)的重要策略是催化C=C鍵與雙功能偶聯(lián)配偶體的[n+2](雜)環(huán)化反應(yīng)。在過(guò)去幾十年已發(fā)展的此類(lèi)反應(yīng)中,金屬催化π-鍵與兩親性有機(jī)鹵化物的環(huán)化反應(yīng)具有良好的實(shí)用性。此類(lèi)轉(zhuǎn)化可以利用簡(jiǎn)單易得的起始原料,在溫和條件下實(shí)現(xiàn)不同取代烯烴與兩親性有機(jī)鹵化物的環(huán)化。但是到目前為止,利用脂肪醇、胺以及硫醇衍生物的同時(shí)C-H和C-雜原子活化來(lái)實(shí)現(xiàn)此過(guò)程卻少有探索。最近,輝瑞腫瘤藥物化學(xué)部Indrawan J. McAlpine和美國(guó)斯克里普斯研究所Keary M. Engle課題組聯(lián)合發(fā)展了首例PdII催化脂肪醇、胺和硫醇衍生物與兩親性有機(jī)鹵化物的σ-鍵環(huán)化反應(yīng),以良好的非對(duì)映選擇性實(shí)現(xiàn)了一系列五元和六元(雜)環(huán)的合成(Figure 1)。下載化學(xué)加APP到你手機(jī),更加方便,更多收獲。

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(圖片來(lái)源:Angew. Chem. Int. Ed.

首先,作者選擇連有8-氨基喹啉(AQ)的醚1aN-Ts保護(hù)的鄰碘苯胺2a作為模板底物進(jìn)行反應(yīng)探索(Table 1)。當(dāng)使用Pd(OAc)2 (10 mol%), AgOAc (1.0 equiv), 1-Ad-CO2H (1-adamantanecarboxylic acid) (0.5 equiv),在MeCN (1.0 M) 中80 °C反應(yīng)5小時(shí)可以以86%的分離產(chǎn)率得到產(chǎn)物3aa(Table 1, entry 1)。

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隨后,作者對(duì)此反應(yīng)的底物范圍進(jìn)行了考察(Table 2)。首先,作者對(duì)不同的離去基團(tuán)進(jìn)行了考察(Table 2A)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,一系列含氧、氮、硫離去基團(tuán)均可兼容,分別通過(guò)C-O、C-N以及C-S鍵的斷裂以26-86%的產(chǎn)率實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物1a-1k的合成。遺憾的是,當(dāng)使用氟原子作離去基時(shí)反應(yīng)不發(fā)生。隨后,作者對(duì)不同取代的鄰碘苯胺(酚)2的兼容性進(jìn)行了考察(Table 2B)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出此轉(zhuǎn)化具有良好的底物適用性和官能團(tuán)兼容性(鹵素、甲基、甲氧基、酯基、氰基等),以29-93%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物3aa-3ap。值得注意的是,鄰碘苯酚也可以作為偶聯(lián)配偶體實(shí)現(xiàn)此[3+2]環(huán)化(3fn, 31%)。接下來(lái),作者對(duì)連有支鏈的底物適用性進(jìn)行了考察(Table 2C)。α-異丙基取代的底物反應(yīng)較好,以84%的產(chǎn)率得到3na。而α-甲基和芐基取代的底物則相對(duì)差一些(3ma, 29%;3oa, 18%)。此外,γ-甲基取代的底物僅以<5%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物3pa

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接下來(lái),作者對(duì)光學(xué)純的L-甲硫氨酸所衍生的起始原料1l的反應(yīng)性進(jìn)行了探索(Table 3)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,稍微改變反應(yīng)體系(HFIP/MeCN作溶劑,不需要1-Ad-CO2H作添加劑),1l可以順利與不同取代的芳基碘化物反應(yīng),以23-79%的產(chǎn)率,81-94% ee得到相應(yīng)的產(chǎn)物3la-3ln。此外,(rac)-3ln通過(guò)單晶衍射表明NPhth基團(tuán)與新形成的C-C鍵在異側(cè)。利用此方法可以實(shí)現(xiàn)其它方法難以獲得的α-氨基酸衍生的雜環(huán)化合物的合成。

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接下來(lái),作者將此β-消除策略應(yīng)用于非張力雜環(huán)的開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)化(Scheme 1)。當(dāng)作者使用消旋的四氫呋喃類(lèi)化合物1q作為起始原料時(shí),以HFIP為溶劑時(shí),可以以26%的產(chǎn)率得到單一非對(duì)映體的吲哚啉產(chǎn)物3qa。當(dāng)使用四氫吡喃1r為起始原料時(shí),在Cu(OAc)2存在下發(fā)生開(kāi)環(huán)后生成的烷氧基會(huì)發(fā)生原位內(nèi)酯化以64%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物3ra。此外,使用哌啶衍生物1s參與反應(yīng)時(shí),可以以25%的產(chǎn)率得到開(kāi)環(huán)產(chǎn)物3sa。

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為了深入理解反應(yīng)機(jī)理,作者進(jìn)行了一系列控制實(shí)驗(yàn)。當(dāng)使用CD3CN作溶劑,CD3CO2D作添加劑時(shí),作者在低轉(zhuǎn)化率時(shí)停止反應(yīng)并沒(méi)有在產(chǎn)物和回收的起始原料中觀察到氘代現(xiàn)象,由此表明C(sp3)-H活化是不可逆的(Figure 2A)。隨后,作者制備了烯烴1m’并在標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng)以89%的產(chǎn)率,>20:1 dr得到了產(chǎn)物3ma,由此表明催化循環(huán)中可能會(huì)涉及PdII(π-alkene)中間體(Figure 2B)?;谏鲜鰧?shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道,作者提出了可能的反應(yīng)機(jī)理(Figure 2C):首先,底物與PdII配位并發(fā)生C(sp3)-H活化得到烷基鈀環(huán)中間體。由于雙螯合氨基喹啉導(dǎo)向基的存在,使得β-H消除與β-雜原子消除相比是不利的。因?yàn)轫樖溅?H消除所涉及的[5-5-4]三環(huán)過(guò)渡態(tài)與反式β-雜原子消除的[5-5]雙環(huán)過(guò)渡態(tài)相比增加了環(huán)張力。因此,烷基鈀環(huán)中間體在經(jīng)歷β-雜原子消除后得到了PdII(π-alkene)中間體。接下來(lái),PdII(π-alkene)中間體經(jīng)歷了親核鈀化、氧化加成以及還原消除得到產(chǎn)物。

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總結(jié)

Indrawan J. McAlpine和Keary M. Engle課題組聯(lián)合發(fā)展了PdII催化脂肪醇、胺和硫醇衍生物與兩親性有機(jī)鹵化物的σ-鍵環(huán)化反應(yīng),以良好的非對(duì)映選擇性實(shí)現(xiàn)了一系列五元和六元(雜)環(huán)的合成。該反應(yīng)中涉及連續(xù)的C-H活化和β-X消除來(lái)生成活性PdII(π-alkene)中間體,并通過(guò)親核鈀化、氧化加成以及還原消除實(shí)現(xiàn)環(huán)的構(gòu)建。值得注意的是,此轉(zhuǎn)化還可以應(yīng)用在從L-甲硫氨酸合成光學(xué)純(雜)環(huán)和低張力雜環(huán)的σ-鍵開(kāi)環(huán)/關(guān)環(huán)變形中。

文獻(xiàn)詳情:

Hui-Qi Ni, Jing-Cheng Dai, Shouliang Yang, Richard P. Loach, Matthew D. Chuba, Indrawan J. McAlpine*, Keary Mark Engle*. Catalytic σ-Bond Annulation with Ambiphilic Organohalides Enabled by β-X Elimination. Angew. Chem. Int. Ed.2023, https://doi.org/10.1002/anie.202306581.


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