(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.)
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首先,作者選擇ACP 1a作為模板底物對(duì)此銠催化的(3+2+2)碳環(huán)化反應(yīng)進(jìn)行探索(Table 1)。通過一系列反條件篩選,作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用1a (1 equiv), 5 mol % [Rh(COD)Cl]2, 20 mol% PPh3, 在p-xylene (0.05 M)中,120 °C反應(yīng)可以以92%的產(chǎn)率, 良好的非對(duì)映選擇性(dr ≥19:1)得到(3+2+2)碳環(huán)化產(chǎn)物2a(Table 1, entry 3)。此外,當(dāng)使用20 mol% P(OPh)3作配體時(shí),仍可以以91%的產(chǎn)率得到2a(dr ≥19:1)(Table 1, entry 10)。由此表明反應(yīng)的決速步不受配體性質(zhì)的影響。
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在得到了最優(yōu)反應(yīng)條件后,作者對(duì)此轉(zhuǎn)化的底物適用范圍進(jìn)行了探索(Table 2)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同取代的氮橋連、碳橋連以及氧橋連的1,4-二烯烴底物均可兼容,以70-95%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的三環(huán)產(chǎn)物2a-2i。此外,該轉(zhuǎn)化還兼容額外引入的角甲基,使中間體具有三個(gè)新的季碳中心,并得到相應(yīng)的產(chǎn)物2j-2o (52-83%)。遺憾的是,含有角甲基的氧橋連的底物在反應(yīng)中會(huì)發(fā)生降解從而得到復(fù)雜的混合物。而對(duì)于ACP連接的1,5-二烯烴同樣可以順利經(jīng)歷此分子內(nèi)碳環(huán)化過程,以41-88%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的三環(huán)產(chǎn)物3p-3t, 3v-3x。遺憾的是,可能是由于立體位阻的影響,芳基取代的氧橋連底物僅僅得到了痕量產(chǎn)物3u。整體來講,此轉(zhuǎn)化提供了一種簡便的方法,在一次操作中高非對(duì)映選擇性的實(shí)現(xiàn)了含有多達(dá)3個(gè)立體中心的橋接三環(huán)骨架的合成。
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基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道,作者提出了此轉(zhuǎn)化可能的反應(yīng)機(jī)理(Scheme 2)。首先,ACP 1與Rh(I)發(fā)生氧化加成得到四元環(huán)Rh(III)中間體A。隨后,A經(jīng)歷重排得到的Rh(III) TMM(trimethylenemethane)絡(luò)合物與1,1-二取代烯烴的近端配位得到中間體B。接下來,TMM絡(luò)合物經(jīng)歷1,2-插入得到烯丙基金屬環(huán)中間體C。另一個(gè)端烯配位促使發(fā)生2,1-插入到更具親核性的Rh-C鍵得到中間體D。最后,D通過C(sp3)-Rh-allyl還原消除得到三環(huán)產(chǎn)物2或3并再生Rh(I)催化劑。
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總結(jié)
P. Andrew Evans課題組報(bào)道了銠催化ACP連接的1,4-二烯烴或1,5-二烯烴的分子內(nèi)(3+2+2)碳環(huán)化反應(yīng),實(shí)現(xiàn)了一系列橋接三環(huán)骨架的合成。此轉(zhuǎn)化底物適用性廣泛,為構(gòu)建具有多于三個(gè)季碳中心的橋接三環(huán)化合物提供了一種新的途徑。值得注意的是,作者利用簡單易得的起始原料,通過10步合成即實(shí)現(xiàn)了倍半萜烯類天然產(chǎn)物(+)-Zizaene的不對(duì)稱全合成,證明了此轉(zhuǎn)化的實(shí)用價(jià)值。
文獻(xiàn)詳情:
Yu Zhu, Jie Zheng, P. Andrew Evans*, Intramolecular Rhodium-Catalyzed [(3+2+2)] Carbocyclization Reactions with Dienylidenecyclopropanes: A Concise and Stereoselective Total Synthesis of the Sesquiterpene (+)-Zizaene. J. Am. Chem. Soc. 2023, https://doi.org/10.1021/jacs.2c10923
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