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非常[2+2]!構建復雜環(huán)丁烷骨架

來源:化學加原創(chuàng)      2024-05-28
導讀:近日,美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的Neil K. Garg課題組報道了一種張力誘導環(huán)狀聯(lián)烯的[2+2]環(huán)加反應,通過這種非常態(tài)的[2+2]反應,合成了一系列高度取代的環(huán)丁烷衍生物。同時,通過選擇不同的捕獲劑,可獲得含有雜原子、稠環(huán)、連續(xù)手性中心、螺環(huán)和季碳中心的復雜骨架。其次,所得的環(huán)加合物還可進行熱異構化。此外,該研究提供了光化學[2+2]環(huán)加成的替代策略,可用于合成高度官能團化的環(huán)丁烷,同時也證明了張力中間體可用于復雜骨架的構建。文章鏈接DOI:10.1021/jacs.4c03369

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.


正文

含有取代環(huán)丁烷單元的化合物廣泛存在于天然產(chǎn)物和生物活性分子等中,例如抗病毒藥物Lobucavir(1)、激酶抑制劑(2)、大麻素(3)、Welwitindolinone A isonitrile(4)、Arnamial(5)和Scopeusicide A(6)(Figure 1A)。目前,通過使用含有環(huán)丁烷單元的原料或環(huán)加成反應是引入環(huán)丁烷的常用方法。最近,化學家們開發(fā)了幾種優(yōu)雅的引入環(huán)丁烷的方法。其中,光化學[2+2]環(huán)加成是最常見的方法,其利用原位生成的光激發(fā)中間體。然而,利用這些中間體進行區(qū)域和立體選擇性的分子間反應極具難度,常需使用專門的試劑或催化劑。因此,合成具有多個手性中心的高度官能團化環(huán)丁烷的新方法,仍有待進一步的探索。此外,利用張力促進策略也是合成高度官能團化環(huán)丁烷的有效方法(Figure 1B)。例如,芳炔(7a7b)、非芳香族環(huán)炔烴(7c7d)是一種高度反應性中間體,易參與[2+2]環(huán)加成反應。然而,對于張力環(huán)狀聯(lián)烯(8)參與的環(huán)加成反應,目前卻較少有相關的研究報道。近日,美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的Neil K. Garg課題組報道了一種張力誘導環(huán)狀聯(lián)烯的[2+2]環(huán)加反應,合成了一系列高度取代的環(huán)丁烷衍生物(Figure 1C)。其中,通過氟介導的硅基三氟甲磺酸酯9的1,2-消除生成的環(huán)狀聯(lián)烯8,其可與高度取代的烯烴10發(fā)生環(huán)加成反應,生成高度官能團化的環(huán)加合物11,一步形成兩個新的C?C鍵。此外,通過選擇不同的捕獲劑,可獲得含有雜原子、稠環(huán)、連續(xù)手性中心、螺環(huán)和季碳中心的復雜骨架。并且,該策略無需使用金屬、Lewis酸或Br?nsted酸催化劑,也不需要導向或輔助基團。化學加——科學家創(chuàng)業(yè)合伙人,歡迎下載化學加APP關注。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

首先,作者以氧雜聯(lián)烯13為模型底物,對烯烴的底物范圍進行了擴展(Figure 2)。非活化環(huán)外烯烴(16),可以42%的收率得到環(huán)加成產(chǎn)物17。含有α,β-不飽和內酯的缺電子烯烴(18),可以85%的收率得到產(chǎn)物19,dr為4.3:1。含有雜原子的富電子烯烴(20、2224),也能夠順利進行反應,獲得相應的產(chǎn)物212325,收率為53-93%,dr為1.2:1-17:1。苯乙烯衍生物(26),也是合適的底物,可以94%的收率得到產(chǎn)物27,dr為2.8:1。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

其次,作者對雙烯胺底物的范圍進行了擴展(Figure 3)。通過對反應條件的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),Bu4NOTf可以提高氟離子在有機溶劑中的溶解度,有利于反應的進行。N-Ts與N-Boc取代的雙烯胺底物(2430),均可順利進行反應,可獲得相應的產(chǎn)物25(收率為83%,dr為17:1)和31(收率為82%,dr為15:1)。四氫氮雜?衍生物(32),可以88%的收率得到產(chǎn)物33,dr為10:1。含有取代的二烯胺底物(3436),可獲得相應的產(chǎn)物35(收率為72%,dr為2.2:1)和37(收率為81%,dr>19:1)。值得注意的是,產(chǎn)物35具有三個連續(xù)的手性中心。碘取代的底物(38),可以78%的收率得到產(chǎn)物39,dr為18:1。含有偕-二甲基取代的底物(40),可以85%的收率得到產(chǎn)物41,dr為1.5:1。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

緊接著,作者對(雜)芳基取代的烯烴的底物范圍進行了擴展(Figure 4)。苯乙烯衍生物(26),可以80%的收率得到產(chǎn)物27,dr為4.0:1。具有六元雜環(huán)的底物(4648),可獲得相應的產(chǎn)物47(收率為86%,dr為7.2:1)和49(收率為90%,dr為7.1:1)。多環(huán)取代的底物50,可以86%的收率得到產(chǎn)物51,dr為15:1。三或四取代烯烴底物(5254、5658),也能夠順利進行反應,獲得相應的產(chǎn)物53、55、5759,收率為46-85%,dr為1.0:1-5.9:1。其中,產(chǎn)物53具有三個連續(xù)的手性中心,產(chǎn)物555759具有相鄰的季碳中心。含有偕-二甲基單元的吡啶基取代的烯烴底物(60),可以82%的收率得到產(chǎn)物61,dr>19:1,其結構通過X-射線晶體學進行了驗證。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

隨后,作者還對碳環(huán)聯(lián)烯的底物范圍進行了擴展(Figure 5)。硅基三氟甲磺酸酯衍生物(6265)在CsF/MeCN條件下,可分別生成六元環(huán)中間體(63)與七元環(huán)中間體(66),通過進一步的反應,可獲得相應的產(chǎn)物64(收率為75%,dr為7.1:1)和67(收率為24%,dr為5.9:1)。然而,對于較小的五元環(huán)底物,未能有效的進行反應。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

此外,作者對產(chǎn)物的熱異構化進行了研究(Figure 6)。研究結果表明,該異構化可能通過C6和C4′之間張力鍵的熱均裂發(fā)生(見底物25),然后是自由基重組,最終達到兩種異構體之間的熱力學平衡。并且,在上述環(huán)狀聯(lián)烯的[2+2]捕獲反應中觀察到的選擇性,反映了產(chǎn)物的動力學分布。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

最后,作者對反應的實用性進行了研究(Figure 7)。首先,化合物6838在上述標準條件下反應,可以82%的收率得到環(huán)加合物70,dr>19:1。化合物70在DBU/MeNO2條件下反應,可以52%的收率得到具有四個連續(xù)手性中心的化合物71,dr>19:1?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">70可與硼試劑72在Pd(PPh3)2Cl2/K2CO3條件下進行偶聯(lián)反應,可以32%的收率得到化合物73。其次,化合物7476在上述標準條件下反應,可以43%的收率得到環(huán)加合物77?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">77在m-CPBA條件下進行環(huán)氧化反應,可以47%的收率得到具有四個小環(huán)與三個連續(xù)手性中心的化合物78,dr>19:1。此外,化合物1279在上述標準條件下反應,可以84%的收率得到環(huán)加合物80,dr為13:1?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">80與肟化合物81在NaHCO3/EtOAc條件下進行(3+2)環(huán)加成反應,可以33%的收率得到具有五個連續(xù)手性中心的化合物82,dr>19:1。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.


總結

美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的Neil K. Garg課題組報道了一種張力誘導環(huán)狀聯(lián)烯的[2+2]環(huán)加反應,合成了一系列高度取代的環(huán)丁烷衍生物。在環(huán)境溫度下,通過用高度取代的外環(huán)烯烴捕獲環(huán)狀聯(lián)烯,可以獲得極其復雜的結構。通過該策略直接合成的產(chǎn)物及其異構體與衍生物,不僅含有所需的環(huán)丁烷單元,而且還含有雜環(huán)、螺中心、連續(xù)手性中心和相鄰的季碳中心。此外,該策略不僅能提供一種獲得高度取代的環(huán)丁烷的通用工具,而且能促進非常規(guī)張力中間體的進一步戰(zhàn)略性使用,用于復雜結構的快速組裝。

文獻詳情:

Access to Complex Scaffolds Through [2 + 2] Cycloadditions of Strained Cyclic Allenes.
Matthew S. McVeigh, Jacob P. Sorrentino, Allison T. Hands, Neil K. Garg*.
J. Am. Chem. Soc. 2024
https://doi.org/10.1021/jacs.4c03369

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