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【今日化學(xué)前沿】清華大學(xué)藥學(xué)院唐葉峰課題組發(fā)表Chemical Science, 報(bào)道苯并三氮唑的新型偶聯(lián)反應(yīng)

來(lái)源:化學(xué)加      2017-04-05
導(dǎo)讀:近日,清華大學(xué)藥學(xué)院唐葉峰研究員課題組在國(guó)際知名化學(xué)期刊Chemical Science(化學(xué)-科學(xué),英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)雜志,2015年影響因子9.144)上發(fā)表高水平文章,報(bào)道了他們將苯并三氮唑作為鄰氨基芳基重氮鹽等價(jià)物應(yīng)用于鈀催化偶聯(lián)反應(yīng)的最新研究成果。作者從苯并三氮唑出發(fā),在四氟硼酸銀的參與下,和芳基硼酸發(fā)生鈀催化的脫氮Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)或者插羰Suzuki偶聯(lián)反應(yīng),并將其用于了天然產(chǎn)物及藥物分子的合成中,文章DOI: 10.1039/c7sc00367f。

唐葉峰研究員1999年本科畢業(yè)于蘭州大學(xué)化學(xué)系,其后在中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所獲得藥物化學(xué)碩士學(xué)位,2003-2006年,在北京大學(xué)化學(xué)院師從楊震教授獲得有機(jī)化學(xué)博士學(xué)位,2006-2009年,在美國(guó)The Scripps Research Institute 師從K. C. Nicolaou 教授從事博士后研究。2010年加入清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院開(kāi)展獨(dú)立研究,課題組主要研究方向?yàn)椤吧锕δ軐?dǎo)向的天然產(chǎn)物合成”。

圖 1 三氮唑及苯并三氮唑的開(kāi)環(huán)化學(xué)

如圖1A所示,1,2,3-三氮唑是一類非常重要的骨架,廣泛存在于生物活性分子及材料中,其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)就是經(jīng)Dimroth 平衡實(shí)現(xiàn)環(huán)狀-鏈狀的異構(gòu)化,得到相應(yīng)的重氮物種。1-氮-磺?;〈?,2,3-三氮唑是重氮亞胺的等價(jià)物,可以經(jīng)由卡賓中間體發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)或者環(huán)化反應(yīng),得到多樣性的產(chǎn)物,這方面研究較為成熟。而苯并三氮唑作為鄰氨基芳基重氮鹽的等價(jià)物卻研究較少,已見(jiàn)報(bào)道的有Nakamura等人發(fā)展的鈀催化苯并三氮唑和炔烴的[3+2]環(huán)加成反應(yīng),但反應(yīng)需要較高的溫度。因此,仍然需要開(kāi)發(fā)新的普適的、有效的方法用于苯并三氮唑的開(kāi)環(huán)。近期,Glorius等人發(fā)展了可見(jiàn)光促進(jìn)的苯并三氮唑的開(kāi)環(huán),而本文的工作則是另辟蹊徑,設(shè)計(jì)了一種新穎的協(xié)同的“活化+穩(wěn)定”的策略,即通過(guò)在苯并三氮唑N1-位引入強(qiáng)吸電子基團(tuán)磺?;鶃?lái)活化N1-N2單鍵,在四氟硼酸銀的參與下,和芳基硼酸發(fā)生鈀催化的脫氮Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)或者插羰Suzuki偶聯(lián)反應(yīng),這類新的偶聯(lián)反應(yīng)條件溫和,產(chǎn)物具有多樣性且是非常有用的有機(jī)合成中間體。

本文的設(shè)想見(jiàn)圖2A,針對(duì)三種不同的氮取代基,作者還進(jìn)行了計(jì)算化學(xué)的研究,發(fā)現(xiàn)三氟甲磺?;o出了最佳結(jié)果。同時(shí),作者還進(jìn)行了核磁實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)加入四氟硼酸銀后,由于和底物1C會(huì)發(fā)生相互作用,相應(yīng)的化學(xué)位移會(huì)向低場(chǎng)移動(dòng)。

圖 2 本文的設(shè)想及計(jì)算化學(xué)研究和核磁證據(jù)

隨后,作者以苯并三氮唑和苯基硼酸2a的反應(yīng)為模板反應(yīng),對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了篩選和優(yōu)化,通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn),得到最佳反應(yīng)條件:甲苯作溶劑80℃反應(yīng),Pd(OAc)2 (0.015 mmol), 三苯基膦 PPh3 (0.09 mmol) 和四氟硼酸銀AgBF4 (0.75 mmol)為添加劑。

有了最佳反應(yīng)條件,作者對(duì)底物進(jìn)行了擴(kuò)展,如圖3所示,對(duì)于苯并三氮唑底物,苯環(huán)、帶有給電子基如烷基烷氧基的苯環(huán)、帶有吸電子基(鹵素、酯基)的苯環(huán)、萘環(huán)等都可以良好到優(yōu)秀的產(chǎn)率得到偶聯(lián)產(chǎn)物。對(duì)于芳基硼酸,芳環(huán)上可以帶有烷基、烷氧基、縮醛、氰基、酯基、三氟甲基等,表現(xiàn)出了良好的官能團(tuán)兼容性,也都以優(yōu)良的產(chǎn)率得到偶聯(lián)產(chǎn)物(3l, 3s產(chǎn)率相對(duì)較低)。除此之外,烯基硼酸也可以用于偶聯(lián),并給出了中等到良好的產(chǎn)率(3ac-3af),可用于鄰氨基苯乙烯類產(chǎn)物的合成。

圖 3 偶聯(lián)反應(yīng)的底物擴(kuò)展

當(dāng)反應(yīng)在一氧化碳?xì)夥障逻M(jìn)行時(shí),還可以發(fā)生插羰Suzuki偶聯(lián)反應(yīng),如圖4所示,苯并三氮唑和芳基硼酸的苯環(huán)上也都可以帶有烷基、烷氧基、鹵素、酯基等取代基,十幾個(gè)底物都給出了中等到優(yōu)秀的產(chǎn)率。但烯基硼酸卻沒(méi)能得到相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物(4s)。

圖 4 插羰偶聯(lián)反應(yīng)的底物擴(kuò)展

這些偶聯(lián)產(chǎn)物或者插羰偶聯(lián)產(chǎn)物都是非常有用的合成子,作者也進(jìn)行了一些官能團(tuán)轉(zhuǎn)化,可以用于藥物分子的合成,如圖5所示,從偶聯(lián)產(chǎn)物3y出發(fā),Red-Al條件下脫去氮上的保護(hù)基,再在銥催化的條件下分子內(nèi)關(guān)環(huán),得到咔唑生物堿山小桔靈glycozoline;從偶聯(lián)產(chǎn)物3q出發(fā),Red-Al條件下脫去氮上的保護(hù)基得到化合物6,再和酰氯A發(fā)生酰胺化反應(yīng)得到殺菌劑啶酰菌胺boscalid;從插羰偶聯(lián)產(chǎn)物4l出發(fā),先在氮上甲基化,再在二碘化釤條件下還原脫去氮上的三氟甲磺?;Wo(hù)基,DMP氧化得到化合物7,銅催化碳?xì)滏I活化/碳氮鍵形成,關(guān)環(huán)得到四環(huán)生物堿;從插羰偶聯(lián)產(chǎn)物4d出發(fā),同樣的三步轉(zhuǎn)化以后,和化合物B發(fā)生分子間縮合反應(yīng)得到6-7并環(huán)的抗抑郁藥物安定diazepam。

圖 5 偶聯(lián)產(chǎn)物的應(yīng)用

總結(jié)

唐葉峰課題組報(bào)道了以苯并三氮唑作為鄰氨基芳基重氮鹽等價(jià)物,在四氟硼酸銀的參與下,和芳基硼酸發(fā)生鈀催化的脫氮Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)或者插羰Suzuki偶聯(lián)反應(yīng),這是一類新型的偶聯(lián)反應(yīng),條件溫和,產(chǎn)率良好,具有良好的官能團(tuán)兼容性,為其它相關(guān)新型偶聯(lián)反應(yīng)的發(fā)展提供了重要借鑒,更重要的是產(chǎn)物具有多樣性,是非常重要的有機(jī)合成中間體,作者通過(guò)幾步簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)化,簡(jiǎn)潔高效地合成了藥物分子山小桔靈、啶酰菌胺、安定等,展現(xiàn)了該偶聯(lián)反應(yīng)潛在的應(yīng)用價(jià)值。


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