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Stoltz团队|手性配体(S)-t-BuPyOx的放大合成

引言

Brian M. Stoltz团队使用(S)-t-BuPyOx手性配体催化芳基硼酸和不饱和共轭环酮的不对称1,4-加成反应,有效地制备光学活性的β,β-二取代环酮化合物。该反应制备的环酮化合物,产率高,对应选择性优秀,并且β-位为季碳手性中心,因此具有重要价值。并且,该反应在克级规模反应良好,表明该反应具备生产意义。

图片来自 Beilstein J. Org. Chem.

但是,手性配体(S)-t-BuPyOx并非商品可得,同时没有放量合成方法的报道。因此,Brian M. Stoltz等人开发了一条简便的、高效的、可放大合成(S)-t-BuPyOx手性配体的方法。

该成果以全文形式发表在Beilstein J. Org. Chem.
DIO:10.3762/bjoc.9.187




1
 早期合成路线


开始,(S)-t-BuPyOx手性配体的制备路线为:

图片来自 Beilstein J. Org. Chem.

以2-氰基吡啶为起始化合物,在甲醇中用甲醇钠在低温下进行处理,制备相应的甲氧基亚胺吡啶3

随后在对甲基苯磺酸(p-TsOH)催化下,与(S)-叔亮氨醇进行环化,制备得到相应的(S)-t-BuPyOx手性配体。

该原始合成路线,第一步收率85%,第二步进行环化制备恶唑烷时,收率仅40%;同时该路线的反应收率变动大,并且使用硅胶柱色谱纯化操作繁琐。





2
逆合成路线设计


为此,作者尝试开发更加简单有效的制备方法

图片来自 Beilstein J. Org. Chem.

经过逆合成分析,(S)-t-BuPyOx手性配体1的恶唑烷开环后,可以得到前体酰胺醇化合物4,酰胺4则可以由2-吡啶羧酸5和(S)-叔亮氨醇6进行酰胺缩合获得





3
可放大制备路线开发


完成了逆合成分析后,作者开始尝试合成研究。

首先,探索酰胺化步骤:

图片来自 Beilstein J. Org. Chem.

开始,以草酰氯(COCl)2活化羧酸5为相应的酰氯7,然后再和(S)-叔亮氨醇6缩合,结果收率为中等水平(55%),降低反应温度,延长反应时间,经过柱色谱纯化,收率提高至75%

随后,作者又尝试了常用的酰氯试剂——氯化亚砜(SOCl2),酰胺缩合步骤没有使用碱,遗憾的是,在该条件下仅检测到痕量的目标酰胺化合物

接着,使用二苯基亚磷酰氯(DPCP)将羧酸5转化为酰氯7,然后与(S)-叔亮氨醇6制备相应的酰胺4,最高收率仅72%,同时发现碱对酰胺化收率影响很大

最后,使用氯甲酸异丁基酯(iBuCO2Cl)和N-甲基吗啉(NMM)将吡啶甲酸5转化为混合酸酐8,再在碱N-甲基吗啉(NMM)存在下,与(S)-叔亮氨醇6发生缩合反应制备相应的酰胺4,收率达到了令人满意的92%。


获得酰胺醇4后,进一步探索环化制备恶唑烷:

图片来自 Beilstein J. Org. Chem.

首先,尝试了甲磺酰氯(MsCl)和对甲基苯磺酰氯(TsCl)将醇4转化为相应的磺酸酯910,然后经过三乙胺处理以便原位进行环化,遗憾的是,虽然可以顺利制备相应的磺酸酯,但是该酯化合物并没有发生预期的关环反应

因为相应的氯化合物11也可以通过发生原位关环环化,制备恶唑烷1

接着,作者使用氯化亚砜将醇4转化为相应的氯化物,该化合物以盐酸盐形式11获得,纯化并经真空干燥后,该化合物11可以在空气中存放一个星期而不变质。

随后,探索发现盐酸盐11可以有效地进行环化,制备相应的恶唑烷,在氢氧化钾类无机碱或甲醇钠类有机碱作用下,反应的分离收率达到中等水平,最终在甲醇钠条件下优化,反应3小时,可以获得72%的分离收率。

化合物(S)-t-BuPyOx手性配体1在使用硅胶柱色谱纯化时,观测到10%的化合物被分解;随后,作者通过中性氧化铝色谱柱纯化配体1,没有发生分解,并且可以获得高纯度的目标化合物。


评述

图片来自 Beilstein J. Org. Chem.

总的来说,作者为(S)-t-BuPyOx手性配体1开发了一条更加便宜、简便、高效的制备路线。

原始路线总收率34%,起始化合物2-氰基吡啶2价格较贵,生产成本高,总收率低导致废弃物多。

经过优化后,总收率提高到接近65%,将近翻翻,这可以有力地推进该手性试剂的商品化。


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