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上海有機所麻生明院士團隊Chem. Sci. 金屬催化的環(huán)胺α-炔基化新方法

來源:化學(xué)加      2018-12-12
導(dǎo)讀:近日,麻生明院士課題組在Chem. Sci.報道了一種高度立體選擇性的N-炔丙基環(huán)胺的α-炔基化方法(eq. 3),通過用CdBr2(或ZnI2)催化劑可以得到N-(E)-烯丙基2-炔基環(huán)胺(DOI: 10.1039/C8SC04115F)。

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環(huán)胺在合成化學(xué)以及生物學(xué)上均具有重要作用,因此,對其合成方法的開發(fā)引起了越來越多的關(guān)注。目前,一種方法是通過環(huán)胺的α-官能化合成;另一種方法是通過N-保護的環(huán)胺與端炔或1-炔基三氟硼酸鹽的氧化偶聯(lián)(eq. 1Scheme 1)或未保護的環(huán)胺與端炔和醛的三組分反應(yīng)構(gòu)建(eq. 2)。此前,中國科學(xué)院上海有機所麻生明院士課題組報道了ZnX2、CuICuBr2介導(dǎo)的端炔與醛在不同胺存在下進行末端二烯的烯基化以合成丙二烯的方法。Nakamura等人報道在該反應(yīng)中炔丙胺進行金屬-介導(dǎo)的1,5-H遷移反應(yīng)是非立體選擇性的。近日,麻生明院士課題組Chem. Sci.報道了一種高度立體選擇性的N-炔丙基環(huán)胺的α-炔基化方法(eq. 3),通過用CdBr2(或ZnI2)催化劑可以得到N-(E)-烯丙基2-炔基環(huán)胺。

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 (圖片來源:Chem. Sci.

反應(yīng)條件的優(yōu)化:

作者在胺存在下研究Cu-催化的端炔的丙烯?;瘷C理時,發(fā)現(xiàn)N-炔基胺1a與苯乙炔2aCuBr催化下反應(yīng)得到新產(chǎn)物3aa13%),通過1H NMR分析確定該產(chǎn)物N-烯丙基中的C=C鍵為E式。通過篩選各種金屬鹽進一步優(yōu)化了反應(yīng)條件,并且發(fā)現(xiàn)CdBr2效果最好,可以42%的產(chǎn)率得到3aa,并且1a回收率為52%;當提高反應(yīng)溫度(120 ℃)后,產(chǎn)率提高至56%,回收率為20%。

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 (圖片來源:Chem. Sci.

溶劑的作用Table 2):

接下來,作者篩選了反應(yīng)溶劑:發(fā)現(xiàn)以t-BuOMe作溶劑時,底物1a完全消耗并以63%的產(chǎn)率得到預(yù)期產(chǎn)物3aa。此外,將催化劑負載量降至10 mol%時,產(chǎn)率略微提高(66%);進一步降低催化劑負載量會導(dǎo)致1a反應(yīng)不完全。因此,作者確定了優(yōu)化的反應(yīng)條件:反應(yīng)溫度為120 ℃,溶劑為t-BuOMe,反應(yīng)配比為1a1 eq/2a2 eq/CdBr210 mol%)。

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 (圖片來源:Chem. Sci.

底物的適用范圍Table 3):

在最佳反應(yīng)條件下,作者以胺1a為底物篩選了進行α-炔化的末端炔烴的適用范圍。當端炔芳基含有給電子基團如p-Mep-MeO,吸電子基團如p-F、p-Cl、m-Cl、p-NO2、p-EtOOC、p-CN以及p-Ac時,均可以中等收率得到相應(yīng)的產(chǎn)物3;當端炔含有烷基取代基時,如1-癸炔和環(huán)己基乙炔反應(yīng)緩慢,產(chǎn)率較低(31%和40%)。此外,TMS乙炔可與1a反應(yīng)以76%的產(chǎn)率得到3am,其它取代的炔丙胺如1b、1c、1d1g也可以進行反應(yīng)并以中等收率(40-65%)得到相應(yīng)的產(chǎn)物。接下來,作者用含不同官能團如給電子基團p-MeO和吸電子基團p-Fp-Cl取代的芳基乙炔與炔丙胺1e反應(yīng),以中等產(chǎn)率得到相應(yīng)的產(chǎn)物3ea-3ee

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 (圖片來源:Chem. Sci.

首先,作者將優(yōu)化的反應(yīng)條件用于N-炔丙基四氫異喹啉衍生物1f和苯乙炔2a的反應(yīng)(Scheme 2),結(jié)果僅以57%的分離產(chǎn)率得到1-烷基化產(chǎn)物。然而,當以ZnI210 mol%)為催化劑、1,4-二氧六環(huán)為溶劑時,反應(yīng)以78%的產(chǎn)率得到3fa。另外,TMS乙炔和1-己炔也反應(yīng)相當。

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 (圖片來源:Chem. Sci.

對于哌啶衍生物1h,反應(yīng)需要更大的催化劑負載量并且需要甲苯作溶劑,但收率較低。此外,嗎啉衍生物并不發(fā)生反應(yīng)。

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 (圖片來源:Chem. Sci.

此外,作者還研究了幾種非環(huán)胺(Scheme 4)。二異丙胺與苯乙炔反應(yīng),可以55%的產(chǎn)率得到1,2-十一碳二烯。然而,在標準反應(yīng)條件下,二異丁胺和二烯丙基胺均未與苯乙炔2a發(fā)生反應(yīng)。

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 (圖片來源:Chem. Sci.

氘代實驗Scheme 5):

為了深入研究反應(yīng)的機理,在標準條件下,作者用2a處理氘標記的d4-1a得到d4-3aa95D),這表明烯丙基的γ-H來自胺的α-位(Scheme 5a)。此外,氘標記的d-2a1a反應(yīng)得到產(chǎn)物d2-3aa中,氘代發(fā)生在N-烯丙基的2-位(24D)(Scheme 5b)。在d-2a3aa反應(yīng)的對照實驗中,產(chǎn)物不含氘元素(Scheme 5c)。

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 (圖片來源:Chem. Sci.

基于上述氘代實驗和產(chǎn)物為E構(gòu)型,作者提出了合理的反應(yīng)機理(Scheme 6)。炔丙胺1MX2配位形成Int 1,其經(jīng)反式-1,5-H遷移形成雙鍵處于E式的陽離子Int 2。隨后,由端炔、CdBr2和胺原位生成的Int 3與亞胺離子Int 2反應(yīng)得到α-取代的環(huán)胺3。此外,由于在eq. bScheme 5)的產(chǎn)物中E-烯丙基的3-位未發(fā)生氘代,排除了由烯丙胺1'生成產(chǎn)物的可能性,并且CdBr2更易于與CC配位從而觸發(fā)1,5-H遷移反應(yīng)。

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 (圖片來源:Chem. Sci.

合成應(yīng)用

作者利用該反應(yīng)完成了克級規(guī)模3ee3am的制備 (Scheme 7)。此外,作者還證明了這兩種化合物的多樣化合成功能(Scheme 8)。其中,3ee和苯基硼酸進行Suzuki偶聯(lián)可以得到5Scheme 8a);而3am脫除TMS保護基后得到的烯炔6可以與1-三甲基甲硅烷基乙炔基碘反應(yīng)得到共軛二炔7Scheme 8b),并且6Co2(CO)8DMSO 條件下還可以進行Pauson-Khand反應(yīng)得到產(chǎn)物8

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(圖片來源:Chem. Sci.

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 (圖片來源:Chem. Sci.

小結(jié):麻生明院士課題組開發(fā)了一種金屬催化的N-炔丙基環(huán)胺的α-炔基化方法,可以高度立體選擇性地得到1-(2(E-烯基)-2-(1-炔基)環(huán)胺,該方法在天然產(chǎn)物合成中具有重要的應(yīng)用。

撰稿:爽爽的朝陽


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