含有螺缩酮、螺缩醛胺、并环缩醛等结构单元的手性季碳杂环分子广泛存在于具有重要生物活性的天然产物、优势手性配体骨架以及功能材料框架体系中(图1). 比如海洋天然产物Xyloketal B具有潜在的治疗帕金森的应用前景; Azaspiracid-1则是一种有效的生物毒素. 自从Ding[1]和List等[2]在2012年独立报道了首例高对映选择性分子内螺缩酮化反应以来, 人们发展了许多有效的方法来构建手性螺缩酮类化合物. 与之形成鲜明对比的是, 手性的螺缩醛胺和并环缩醛的催化不对称合成方法非常少见. 虽然通过双金属催化体系Au(I)/Ni(II)[3]和Au(I)/(III)[4]可以有效地合成螺缩酮和螺缩醛胺, 但是仍然缺少通用和有效的催化不对称方法来发散性地合成手性螺缩醛胺和并环缩醛.
图1 天然产物中的螺缩醛胺和并环螺缩醛结构单元
α-重氮酮是一类重要的有机合成子, 在杂原子-氢插入和环丙烷化等反应中引起了越来越多的关注. 其中, 铑催化的α-重氮酮与烯醚和烯胺类化合物的环丙烷化-重排(CP-RA)[5]是构建并环和螺环类化合物的重要方法(Scheme 1). 然而, 由于该类CP-RA过程可能存在开环的Zwitterion中间体, 会导致消旋化问题(Pattern A), 长期以来其催化不对称合成是该领域极具挑战性的课题. 到目前为止, 只有为数不多的催化剂能够实现该类不对称催化反应, 且存在底物类型少等问题[6].
图式1 CP-RA方法不对称合成杂双环
近日, 华东师范大学化学与分子工程学院王丽佳课题组与中国科学院上海有机化学研究所唐勇课题组合作, 发展了一种基于铜催化的不对称CP-RA策略构建手性季碳杂环的新方法, 克服了杂原子取代手性环丙烷重排过程中容易引起消旋化的难题, 实现了手性螺缩醛胺和并环缩醛/酮的高效多样性合成(Scheme 2)[7].
图式2 铜催化的不对称CP-RA反应
作者发现, 利用双边臂的手性噁唑啉配体L1能够高效地实现铜催化的环外烯基磺酰胺底物2与α-重氮酮1的不对称CP-RA反应, 生成手性螺缩醛胺4. 结果表明, 反应对于五元、六元环状烯基磺酰胺, 含有芳香族和脂肪族取代基的重氮酮都能得到比较好的结果, 以高对映选择性得到手性螺缩醛胺产物, 最高ee值可达96%. 随后, 作者利用双边臂的手性噁唑啉配体L2实现了铜催化的环内烯基磺酰胺底物以及烯基醚底物3与α-重氮酮1的不对称CP-RA反应, 均能以理想的产率和优秀的对映选择性获得手性并环缩醛/酮类化合物5, 最高ee值可达99%. 值得一提的是, 当作者选用含有环外双键的四氢吡啶Boc酰胺底物6与α-重氮酮1时, 在配体L1存在下能够一步构建同时含有螺缩醛胺和并环缩醛两个重要手性片段的三环化合物7, 并取得90/10 dr和99% ee.作者也对该反应的对映选择性控制进行了初步研究. 经过一系列对比实验, 结合核磁原位跟踪手段, 揭示了决定反应对映选择性的可能途径. 该工作实现了手性季碳杂环的高效构建, 铜催化的CP-RA策略首次被成功应用于不对称合成手性螺缩醛胺和并环缩醛/酮中. 该方法为快速构建具有复杂环系、结构多样性的手性杂环化合物提供了简洁高效的新方法.
华东师范大学化学与分子工程学院王丽佳教授
该文发表在Chin.J.Org.Chem. 2020, 40(12): 4380-4381.
DOI:10.6023/cjoc202000089,
References
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