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ChemCatChem: 手性磷酸催化下苯并呋喃衍生的氮杂二烯与3-取代吲哚的不对称加成反应

江苏师范大学石枫课题组采用手性磷酸作为催化剂,实现了苯并呋喃衍生的氮杂二烯与3-取代吲哚的对映选择性1,4-加成反应,高产率(高达98%)、高对映选择性(高达99:1 er)地合成了含有苯并呋喃母核的三(杂)芳基甲烷化合物。该反应不仅实现了手性磷酸在催化该类氮杂二烯参与的不对称反应中的应用,而且发展了手性布朗斯特酸催化下该类氮杂二烯的不对称1,4-加成反应,这将丰富手性磷酸催化的研究内容,加深对该类氮杂二烯化学的理解。

苯并呋喃属于一类重要的含氧杂环骨架,广泛存在于许多天然产物和生物活性分子中。所以,苯并呋喃衍生物的高效合成吸引了化学工作者的强烈关注。近年来,苯并呋喃衍生的氮杂二烯已被开发为合成苯并呋喃衍生物的多功能合成砌块,尤其是其参与的催化不对称反应已经成为合成光学纯苯并呋喃衍生物的有效途径。如图1a所示,该类氮杂二烯作为四原子合成砌块广泛应用于催化不对称(4+n)环化反应,该类反应得到了迅速的发展。


但是,与之形成鲜明对比的是,该类氮杂二烯作为迈克尔受体参与的催化不对称1,4-加成反应却发展缓慢(图1b)。该类反应中存在的挑战性问题主要包括:(1)亲核试剂的种类非常有限,仅限于亚磷酸酯、硫醇、羰基化合物等;(2)手性催化剂的种类非常有限,仅限于手性碱和手性方酰胺,而手性布朗斯特酸(B*-H)这类高效的有机小分子催化剂却很少应用于该类氮杂二烯参与的催化不对称反应。因此,非常迫切需要寻找其他合适的亲核试剂,发展手性布朗斯特酸催化下该类氮杂二烯参与的不对称1,4-加成反应。

图1. 苯并呋喃衍生的氮杂二烯参与的催化不对称反应的研究概况

手性磷酸已经被证实是一类高效的手性布朗斯特酸催化剂,为了解决以上挑战性问题,石枫课题组基于对手性磷酸催化反应和手性吲哚化学的理解(Synthesis, 2015, 47, 1990; Acc. Chem. Res. 2020, 53, 425),设计了手性磷酸催化下3-取代吲哚作为亲核试剂与苯并呋喃衍生的氮杂二烯的不对称1,4-加成反应(图2)。在该设计中,采用3-取代吲哚作为亲核试剂是由于该类化合物在手性磷酸催化下可以作为有效的亲核试剂,采用手性磷酸作为催化剂是由于手性磷酸可以通过氢键作用同时活化两个反应底物,从而控制1,4-加成反应的对映选择性。

图2. 手性磷酸催化下苯并呋喃衍生的氮杂二烯与3-取代吲哚反应的设计

该反应不仅实现了手性磷酸在催化苯并呋喃衍生的氮杂二烯参与的不对称反应中的应用,而且发展了手性布朗斯特酸催化下该类氮杂二烯的不对称1,4-加成反应,这将丰富手性磷酸催化的研究内容,加深对该类氮杂二烯化学的理解,同时为对映选择性合成含有苯并呋喃母核的手性三(杂)芳基甲烷化合物提供有效的方法。

论文信息:

Chiral Brønsted Acid-Catalyzed Asymmetric 1,4-Addition of Benzofuran-Derived Azadienes with 3-Substituted Indoles

Ji Zhou, Tian-Zhen Li, Yu-Wen Sun, Bai-Xiang Du, Wei Tan* and Feng Shi*

ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202000810


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