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Angew:銅催化γ,δ-不飽和肟酯的對映選擇性硼銅化/環化反應

來源:化學加原創      2025-02-18
導讀:近日,加拿大多倫多大學Mark Lautens與Bijan Mirabi團隊報道了一種銅催化γ,δ-不飽和肟酯的對映選擇性硼銅化(borylcupration)/環化反應,合成了一系列硼基取代的1-吡咯啉衍生物,收率為26-96%,er為74.5:25.5-99:1。產物中的Bpin基團經氧化后生成的羥基可充當導向基團,促進了吡咯啉的高度非對映選擇性還原,從而獲得相應的脯氨醇衍生物。同時,在反應過程中,無需色譜柱,簡單后處理后Bpin基團也可以保留在產物中。機理研究表明,反應涉及形成(R)-芐基銅中間體,然后在金屬化碳的上進行立體保留(stereoretentive)的環化反應。文章鏈接DOI:10.1002/anie.202420479

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

正文

1-吡咯啉廣泛存在于各類天然產物中,并可作為合成吡咯和吡咯烷衍生物的中間體(Scheme 1A)。其中,對于一些相對簡單的生物堿,如Myomine和Eudistomin I,可通過烷基胺與羰基單元的縮合制備。同時,含有肟酯單元的烯烴進行環化反應,也是制備1-吡咯啉的普遍合成方法。2016年,Ferreira團隊在進行Gelesenicin的全合成中利用這一策略,即通過AIBN/Bu3SnH促進iminyl-自由基在近端烯烴上的形成和環化來構建吡咯啉。此外,過渡金屬也促進了這些環化反應,要么通過初始氧化加成到N-O鍵中,然后進行遷移插入,要么通過iminyl-自由基的形成和環化(Scheme 1B)。與其他不對稱Heck型環化反應相比,由于存在競爭性的SET途徑,使用鈀催化含有肟酯單元的烯烴參與的不對稱環化(不對稱Narasaka-Heck反應)卻較少有相關的研究報道。同樣,使用較便宜的銅或鎳催化劑促進所需的環化反應,通常也是通過自由基途徑進行的。Lautens團隊假設,如果串聯的初始步驟能夠防止N-O鍵的氧化加成,即可避免與此類底物進行環化的限制。近日,加拿大多倫多大學Mark Lautens與Bijan Mirabi團隊報道了一種銅催化γ,δ-不飽和肟酯的對映選擇性硼銅化/環化反應,合成了一系列硼基取代的1-吡咯啉衍生物(Scheme 1C)。值得注意的是,2020年,吳小峰教授課題組(Org. Chem. Front. 20207, 3382.)雖然報道了關于含有肟酯單元的烯烴進行硼化環化反應,但對于環化步驟的機理以及相應的不對稱轉化,尚未報道。    歡迎下載化學加APP到手機桌面,合成化學產業資源聚合服務平臺。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

首先,作者以含有肟酯單元的烯烴衍生物1b作為模型底物,進行了相關反應條件的篩選(Tables S1-S4)。當以[Cu(MeCN)4]PF6(5 mol %)作為催化劑,S,S-BDPP(7.5 mol %)作為配體,NaOtBu(2.2 equiv)作為堿,B2pin2(1.5 equiv)作為硼源,在THF溶劑中室溫反應,可以87%的收率得到產物3b,er為96:4。    

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

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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)。其中,由于快速柱色譜純化過程中化合物2的不穩定性,導致其在氧化后分離為相應的醇3。當底物1中的R1為-Me、-tBu、-Cl與-OCH2O-時,均可順利反應,獲得相應的產物3b-3e,收率為78-92%,er為95:5-97:3。當底物1中的R2為-F、-CF3、-OMe、-CO2Me、-Me、-Ph、-tBu、-OCH2O-與-D5時,也與體系兼容,獲得相應的產物3f-3r,收率為72-96%,er為74.5:25.5-98:2。同時,當底物1中的芳基替換為吡啶基時,反應也能夠順利進行,獲得相應的產物3s(收率為55%,er為99:1)和3t(收率為89%,er為78:22)。當使用環己基取代偕二甲基時,可以86%的收率得到螺環吡咯啉產物3u,er為95.5:4.5。然而,幾種底物(如1y1z1aa)未能有效的進行反應。此外,通過該策略,還可合成三取代的吡咯啉產物3u-3w,收率為38-86%,er為82.5:17.5-95.5:4.5。    

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

緊接著,作者對反應的實用性進行了研究(Scheme 3)。首先,1p在1 mmol規模實驗,同樣能夠以88%收率得到產物2p,er>99:1。其次,3p在MeCN/AcOH/NaBH4條件下進行亞胺的還原,可以74%收率得到吡咯化合物4,er>99:1,dr>20:1。    

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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理論計算研究(Scheme 4)。最初,在烯烴的配位反應中,涉及Cu-Bpin配合物遷移插入π-鍵中,然后進行親電捕獲。進一步的計算結果表明,底物1are面與Cu-Bpin配合物I的結合所需的能量較低(II-re)。其次,在硼銅化反應中,通過非對映過渡態(II-re-TS)生成(R)-芐基銅III-(R)在能量上更有利。因此,在反應條件下優選的遷移插入可選擇性的生成III-(R)。最后,立體保留環化反應中,III-TS-ret通過釋放Cu-OBzF配合物,從而生成硼化產物IV-(R)    

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

為了合理解釋環化的機理偏好,作者對競爭性環化過渡態III-TS-retIII-TS-inv中存在的非共價相互作用(NCIs)進行了分析(Scheme 5)。定性結果揭示了III-TS-ret中額外的穩定相互作用,這可能解釋了發生立體保留環化的顯著偏好。

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

最后,作者通過控制實驗以及氘代實驗,從而進一步證明了機理的合理性(Scheme 6)。自由基抑制實驗結果表明,反應不涉及自由基的機理。氘代實驗結果表明,最初的不對稱硼銅化過程,能夠非對映選擇性形成(R)-芐基銅配合物III-(R)。同時,III-(R)經立體保留的方式進行環化,從而獲得IV-(R)    

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(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.


總結

加拿大多倫多大學Mark Lautens與Bijan Mirabi團隊報道了一種銅催化γ,δ-不飽和肟酯的對映選擇性硼銅化/環化反應,合成了一系列硼基取代的1-吡咯啉衍生物。同時,該反應具有廣泛的底物范圍、良好的官能團兼容性等優點。此外,產物中的Bpin單元很容易被氧化生成一級醇,其中的C-N雙鍵可直接進行還原,從而獲得具有高度非對映選擇性的脯氨醇衍生物。DFT研究表明,環化發生在立體保持狀態下,并且在過渡態下,催化劑和連接子之間的距離減小導致NCIs穩定。當一個立體的、單氘化的烯烴在反應條件下進行還原/環氨基甲酸酯形成序列時,實驗揭示了硼化/環化串聯的立體化學過程。本文繼續強調了不對稱銅硼化策略對合成新的對映體富集雜環衍生物的重要性和適用性。    

文獻詳情:

JJonathan Bajohr, Shangyu Li, Bijan Mirabi, Colton E. Johnson, Mark Lautens*. Enantioselective Borylcupration/Cyclization of Alkene-Tethered Oxime Esters. Angew. Chem. Int. Ed.2025, https://doi.org/10.1002/anie.202420479

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