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路易斯碱催化的不对称自由基共轭加成合成手性吡咯烷酮

自由基共轭加成反应是一种形成新的C-C键的方法。但是实现不对称催化是困难的,因为它需要手性催化剂能够有效地活化缺电子烯烃底物,同时也要控制高活性自由基的加成。迄今为止报道的大多数成功的例子都需要使用带有预官能化α,β-不饱和羰基底物(Scheme 1a)。

作者受到(Scheme 1b)例子中异硫脲催化剂活化羧酸衍生物1进行不对称离子过程的启发,设计了该反应,利用光氧化还原催化和路易斯碱催化的结合,首次实现了对α,β-不饱和酸酐和酯的不对称自由基共轭加成。该反应由N-芳基甘氨酸的光氧化还原活化引发,脱羧后产生α-氨基自由基。这些自由基然后被α,β-不饱和酰基铵中间体立体选择性地反应,产物的手性形成由手性异硫脲催化剂控制。

首先作者进行了条件筛选,商业催化剂A和B只能提供中等对映选择性的产品3a(Scheme2a)。催化剂C其中内环硫原子被硒取代,但没有提高对映选择性。催化剂E和F中空间位阻取代基也没有提高。催化剂G有更好的立体诱导作用。通过计算对所得酰基铵中间体I进行构象分析。由催化剂G中的五环骨架确保的刚性构象导致双键前手性(Re)面的更好屏蔽。为了最大化空间屏蔽能力,作者合成了催化剂H–J,其中相关的芳烃C-H键被更大的取代基(R2和R3)所取代。催化剂J能够显著提高立体选择性。

在将催化剂负载量降低至20mol%后,使用1,2-DCE作为溶剂和TBACl作为添加剂催化剂G(entry 1)在反应性方面优于其它催化剂。

确定了最佳条件后,作者进行了底物拓展,在芳基环的邻位(3b)或间位(3c)带有烷基取代基的肉桂酸具有良好的耐受性,一系列甲氧基取代衍生物(3d–3g)也是如此。芳基上氟代、氯代或溴代取代基的底物也能成功反应,以良好的产率获得了3h–3o产物。2,6-二氯取代的肉桂酸反应生成3p。可以容忍吸电子基团,包括氰基(3q)和三氟甲基(3r)。杂芳族部分是兼容的,因为噻吩取代的吡咯烷酮3s以高产率获得。

随后作者又拓展了氨基酸的取代基,2-甲基取代基得到产物3t,4-甲氧基取代的氨基酸得到PMP保护的加合物3u。催化剂J与卤化物取代的naryl甘氨酸一起使用,因为它推断出对氟、氯和溴取代的对映选择性增加(3v-w)。,吸电子4-氰基导致对映选择性的显著增加(3y)。

烷基取代羧酸通过制备其五氟苯基酯底物进行了反应。以良好的产率和对映选择性获得了甲基取代的吡咯烷酮3z。烷基链的长度也可以改变合成3aa和3ab,即布里伐西坦和普瑞巴林的结构衍生物。硫醚部分耐受性良好3ac,而脂环族取代的酯提高了对映选择性(3ad和3ae)。带有NBoc保护的胺的底物生成双杂环产物3af。

作者随后进行了应用,GABAs包含重要的生物化合物。为一种有效的抗痉挛药物,在绿光照射下(2 mmol规模)使用催化剂J将酸酐1d和N-PMP甘氨酸2b以54%的产率获得产物4,氧化然后酸水解,得到(R)巴氯芬盐酸盐5。此外,化合物6(R)-咯利普兰的前体,可以以良好的产率和对映选择性获得。

作者根据之前的文献报道推测机理,首先在可见光的照射下2快速脱羧生成α-氨基自由基II,其经历立体选择性RCA形成手性中间体I。然后,生成的中间体III通过单电子转移。生成烯醇盐IV。IV的质子化产生酰基铵V为分子内酰化创造了条件,最后生成产物3。

10.1002/anie.202204735


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