EurJOC:Fe(III)催化的羟基选择性硫羰基化及用于脱氧糖苷的高效合成

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脱氧糖广泛存在于生物活性天然产物中,不同位点的脱氧导致其分子功能和活性的显著差异。传统的脱氧糖合成方法是通过保护基策略,经多步繁琐的保护与脱保护过程来实现特定位点脱氧;另一种更加高效简便的方法是在糖羟基特定位点选择性的引入特殊保护基,随后脱除该保护基得到相应的脱氧糖。后者方法可以避免复杂保护与脱保护路线,备受合成化学家青睐。

Barton–McCombie反应是一种经典的脱醇羟基方法,在有机合成领域具有广泛应用。该反应是将醇转化为硫代羰基中间体,然后通过自由基断裂得到醇的脱羟基产物。三丁基锡烷是该反应中常用的还原试剂,然而该试剂因具有较强的毒性、价格昂贵且难以从反应体系中分离等缺点,难以在工业生产中广泛应用。近年来,一些绿色的还原试剂(比如硅试剂等)用以代替锡试剂被不断地开发出来。此外,如何高效地在多羟基糖底物中选择性的引入硫羰基酯成为该脱氧糖合成策略的关键。已经开发的方法要么使用毒性的有机锡试剂要么使用复杂的多肽类催化剂,同样在一定程度上限制了该方法的普适性(Fig. 1a)。最近,华中科技大学董海教授课题组发展了一系列利用廉价易得Fe(III)试剂催化的羟基选择性保护策略,通过配体可以调控不同种类羟基保护基的选择性引入(Fig. 1b)。

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Fig. 1 选择性硫羰基化策略以及Fe(Ⅲ)催化的选择性保护策略

受上述策略启发,武汉工程大学吕剑课题组(陈芬儿院士团队)实现了Fe(III)试剂催化糖基底物的区域选择性硫羰基化,随后通过有机硅试剂介导的Barton–McCombie脱氧反应实现3-位脱氧糖的快速合成(Fig. 2)。该研究进一步丰富了铁试剂催化羟基选择性功能化应用范围,同时为脱氧糖的高效合成提供简洁策略。

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Fig. 2 Fe(Ⅲ)催化的选择性硫羰基化以及脱氧糖合成

在最优反应条件下,作者对底物的适用范围进行了系统的考察(Fig. 3)。首先以含有多个仲羟基的不同构型的糖苷(甘露糖和半乳糖为主)作为底物,以较高的分离收率得到邻位二醇中平伏羟基被取代的产物,端基为甲苷、硫苷、酚苷时均表现出较好的耐受性。部分底物(4,5,7,13)因生成的硫羰基产物易受邻位羟基进攻而形成环状化合物导致分离收率中等。对于仅裸露伯仲羟基的糖苷底物,均以大于90%的分离收率得到伯羟基被选择性硫羰基化的产物。此外,未经保护的糖苷底物也同样适用,往往得到3,6-位羟基被双取代的产物。

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Fig. 3 反应适用范围研究

接下来,将高效获得的硫羰基酯糖苷底物用于脱氧糖的高效合成。为了避免使用传统高毒的三丁基锡试剂,作者对还原剂种类进行优化和调整,借鉴已报道的常规还原试剂,发现当以三(三甲基硅基)硅烷作为氢给体时,以几乎定量的收率得到相应位置的脱氧糖产物。以不同构型和含有不同保护基的糖底物对反应的普适性进行验证,进一步显示了该方法的合成应用价值。

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Fig. 4 脱氧糖合成

综上所述,该研究探索出了一种针对顺式二醇和1,3-二醇的区域选择性硫羰基化反应新模式,有效实现了多羟基糖底物的选择性硫羰基酯基团取代。在此过程中,仅需将FeCl3与两倍量的Hbtfa (苯甲酰三氟丙酮) 配体在反应体系中简单混合,在碱的作用下可以原位生成Fe(btfa)3,从而规避了繁琐的催化剂预制备步骤。因此,该方法具有催化体系绿色经济、反应条件温和、操作简便等优势。在后续的脱氧反应中,选择了更加绿色的(TMS)3SiH试剂来取代毒性的有机锡试剂,让该策略更加符合环境友好型化学的理念,展现了较好的工业应用前景。

文信息

Synthesis of Deoxy Pyranosides Via Fe(III) Catalyzed Regioselective Thiocarbonylation of Partially Protected Carbohydrates

Jie Zhao, Xiaorui Zhang, Qichang Yang, Haifeng Wang, Shuang-Xi Gu, Qiongjiao Yan, Jian Lv, Fen-Er Chen


European Journal of Organic Chemistry

DOI: 10.1002/ejoc.202400512


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