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. 2020, 7, 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。
(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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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1y、1z和1aa)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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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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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1a的re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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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-ret和III-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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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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總結
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