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JACS:首例張力環狀聯烯與π?烯丙基鈀絡合物的可控環化反應

來源:化學加原創      2023-05-11
導讀:近日,美國加州大學洛杉磯分校(University of California, Los Angeles)Neil K. Garg課題組發展了首例原位產生的π-烯丙基鈀絡合物與高活性環狀聯烯中間體的環化反應。通過對反應體系中配體的調控,可以以良好的選擇性分別獲得兩種不同的多環骨架結構。該產物是雜環的,富含sp3碳,帶有兩個或三個新的手性中心。此外,作者還首次實現了瞬態張力環中間體的對映選擇性轉化。相關成果發表在J. Am. Chem. Soc.上,文章鏈接DOI:10.1021/jacs.3c03102。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.


正文

張力環聯烯是一類原位生成的瞬態中間體。盡管其在50多年前就被發現,但與相關的張力中間體(苯炔、環炔烴)相比(Figure 1A),在合成界受到的關注要少得多。到目前為止,在過渡金屬催化下實現捕獲環聯烯的例子較少。在已發展的反應過程中,催化生成的有機金屬中間體5可以被瞬態的環聯烯中間體6捕獲,從而得到環化產物7(Figure 1B)。而這些過程均僅涉及σ-絡合金屬物種,如鈀環8、鎳環9和芳基鈀物種10等。而涉及π-烯丙基鈀類型的有機金屬中間體的轉化還未有報道。最近,美國加州大學洛杉磯分校Neil K. Garg課題組首次實現了利用原位生成的π-烯丙基鈀絡合物來捕獲環聯烯中間體,通過對反應體系中配體的調控,可以以良好的選擇性分別實現兩種不同的多環骨架1314的合成。此外,作者還首次對此轉化的不對稱版本進行了嘗試(Figure 1C)。下載化學加APP到你手機,更加方便,更多收獲。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

首先,作者選擇乙烯基苯并噁嗪酮15和硅基三氟甲磺酸酯16作為模板底物進行反應探索,并對條件進行了優化(Table 1)。當使用15 (3.0 equiv), 16 (1.0 equiv), Pd(PPh3)4 (5 mol%), CsF (10.0 equiv), Bu4NOTf (5.0 equiv), H2O (9.0 equiv), 在DMF (0.050 M)中70 °C反應2 h可以以65%的分離產率得到三環產物17為主要產物。此外,當變換反應催化劑為dppf Pd G3 (10 mol%)時,可以以73%的產率得到四環產物18為主要產物(Table 1, entry 6)。值得注意的是,當作者使用苯炔與苯并噁嗪酮15反應時僅能得到產物18,而并未觀察到17的形成。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

隨后,作者對構建三環產物催化體系的底物兼容性進行了考察(Figure 2)。當氮原子上的保護基為Ts和Ms時均可兼容,均可以以60%的產率分別得到產物17(9.4:1 dr)和22(> 20:1 dr)。此外,芳環上的一系列取代,如甲基、鹵素、甲氧基、苯基、2-噻吩基均可兼容,以38-66%的產率得到產物23-29。值得注意的是,20的氧雜衍生物和氮雜衍生物也可兼容,分別以64%和69%的產率得到產物32(1.8:1 dr)和33(1.3:1 dr)。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

接下來,作者又對構建四環產物催化體系的底物兼容性進行了考察(Figure 3)。實驗結果表明此體系具有良好的底物適用性和官能團兼容性,可以以41-70%的產率得到相應的產物35-44。一系列不同的官能團,如烷基、芳基、鹵素、雜芳基、烷氧基等均可兼容。值得注意的是,得到四環產物34的環化通過形成三個新鍵和三個立體中心進行,且具有出色的非對映選擇性(在所有情況下都有>20:1 dr)。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

接下來,作者提出了此轉化可能的反應機理(Figure 4)。首先,Pd(0)催化劑與45配位,并發生氧化加成以及釋放二氧化碳得到兩性離子π-烯丙基鈀中間體12。隨后,硅基三氟甲磺酸酯20通過氟離子介導的1,2-消除形成環聯烯中間體6,并通過配體控制的區域選擇性遷移插入過程分別得到π-烯丙基鈀中間體4748。接下來,4748通過環化分別得到三環產物13和四環產物14

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

鑒于配體對此轉化的選擇性有顯著的影響,作者接下來以4950為反應物,探索了實現其不對成催化過程的可能性(Table 2)。通過對一系列手性配體的篩選,作者發現當使用Mandyphos配體L8時,可以以54%的產率和70%的ee得到(?)-52(d.r. > 20:1)(Table 2, entry 8)。由于瞬態張力環中間體的對映選擇性轉化至今仍然非常罕見,因此此結果將會促進這一領域的進一步發展。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

總結

美國加州大學洛杉磯分校Neil K. Garg課題組首次實現了π-烯丙基鈀絡合物與環聯烯中間體的環化反應。通過對催化體系中配體的調控,可以以良好的選擇性分別實現三環雜環和四環雜環的合成。此轉化可以一步構建兩根或三根化學鍵和兩個或三個新的立體中心。此外,作者還使用手性配體發展了此轉化的不對稱誘導過程,這將會促進張力環對映選擇性轉化領域的進一步發展。

文獻詳情:

Dominick C. Witkowski, Matthew S. McVeigh, Georgia M. Scherer, Sarah M. Anthony, Neil K. Garg*. Catalyst-Controlled Annulations of Strained Cyclic Allenes with π?Allylpalladium Complexes, J. Am. Chem. Soc.,2023, https://doi.org/10.1021/jacs.3c03102


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