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在有机化学中,两性离子,也被称为偶极离子,包含相等数量的带正电荷和带负电荷的官能团。对这些偶极离子的性质和应用的研究极大地丰富了有机合成的方法。1,2-偶极离子(即ylides)是有机合成领域中的重要中间体(Scheme 1a),相关的人名反应包括Wittig反应、Claisen重排、Corey-Chaykovsky反应、Stevens重排、Sommelet-Hauser重排、和Doyle-Kirmse重排等。除此之外,1,3-偶极离子的环加成反应,极大地扩展了(杂)环分子的合成[9](Scheme 1b)。与此同时, 对1,n-偶极体(n > 3)中间体合成复杂功能分子中的应用仍然是非常有限的(方案1 c)。大部分的研究进展集中在钯或金介导的1,4偶极离子及其在环加成中的应用。仅报道了两个直接观察到导致分子内键形成的瞬态无金属1,n-偶极离子中间体(n = 4或8)的例子。不含贵金属的1,n-偶极离子(n > 3)在有机合成中的实际应用,特别是通过化学和立体选择的sigmatroic重排合成复杂的有机分子,尚未得到发展。 1,3-共轭二烯是重要的结构单元,普遍存在于天然产物、生物活性分子和功能材料中。因此,建立简便的合成1,3-二烯的模块化方法势在必行。虽然羰基烯烃化、过渡金属催化的交叉偶联反应和炔氢烯化被认为是构建共轭二烯的常用手段,但这些方法要么涉及多个步骤,要么需要昂贵的金属催化剂。其中一些化合物本身原子经济性差,或不能用于多取代共轭二烯的合成。因此,开发直接的、高度原子化和阶梯经济的方法来构建立体多取代共轭二烯仍然是迫切需要的。最近,刘路课题组基于α-炔基烯酮和缩醛胺加成产生的1,6-偶极中间体,开发了一种高效的立体选择方法来制备多取代共轭二烯,该方法涉及在一次合成步骤中切割和重组三个以上的键。该策略提供了一个模块化的工具,以高度立体选择性的方式构建多取代共轭二烯,该二烯经历了四次sigmatroic重排,包括1,6-偶极离子的产生和四个键的断裂和五个键的重组(图1d)。
图1.有机合成中的偶极离子(n = 1~8)。 作者以α-炔基-α-重氮酮1a和吡唑取代的缩醛胺2a为模版底物确定了最佳反应条件;并在最佳反应条件下考察了底物的适用性。结果表明芳基取代的α-炔基-α-重氮酮和取代的缩醛胺均适用该反应,可以顺利转化相应的产物(图2,图3)。 图2 重氮的底物范围 图3 缩醛胺的底物范围 为了进一步探讨该反应的适用性,还对“一锅”方式进行了研究 (图4,条件A和条件B).这种“一锅法”提供了一种简便的合成工具,可以从现成的起始原料合成二烯3,而无需额外制备缩醛胺2。 图4 一锅法反应 这种光驱动的反应可以很容易地放大,以94%的分离收率得到1.08 g所需产物3i (图5A)。这种策略也为复杂天然产物的后期功能化提供了一种有效的工具(3ay, 3az,3aaa) (图5B)。为了证明这种方法的合成应用,对取代二烯进行了进一步的转化(图5c)。3a与苄硫醇亲核加成得到8,产率为67%,环氧化反应得到9,环丙烷化得到10。此外,3aa进行分子内Diels-Alder反应得到双环内酰胺11。3e进行Sonogashira偶联得到炔基产物12。用氢化铝锂处理二烯3e可得到四取代烯烃13。 图5 合成应用 华东师范大学沈超仁副研究员对反应进行了详细的DFT计算。结合机理实验。作者推测提出了两种不同的反应路径,分别涉及1,6-和1,5-sigmatroic重排(图6c)。并通过理论计算这种模式排除了1,5-sigmatroic重排的可能性。 图6催化循环 论文信息 Stereoselective Synthesis of Polysubstituted Conjugated Dienes Enabled by Photo-Driven Sequential Sigmatropic Rearrangement Xin Ji, Dr. Chaoren Shen, Yuhao Ni, Zhi-Yao Si, Yuzhu Wang, Xinrong Zhi, Yuting Zhao, Huiling Peng, Prof. Dr. Lu Liu 论文第一作者是华东师范大学的纪鑫博士,沈超仁副研究员和硕士研究生倪宇豪,通讯作者是刘路教授,博士研究生司志姚,硕士研究生王玉柱,只欣嵘,赵雨婷,本科生彭惠也参与了部分工作。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202400805
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